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EP0064146A1 - Einspritzsystem zum Einspritzen zweier Brennstoffe durch eine Einspritzdüse - Google Patents

Einspritzsystem zum Einspritzen zweier Brennstoffe durch eine Einspritzdüse Download PDF

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Publication number
EP0064146A1
EP0064146A1 EP82102059A EP82102059A EP0064146A1 EP 0064146 A1 EP0064146 A1 EP 0064146A1 EP 82102059 A EP82102059 A EP 82102059A EP 82102059 A EP82102059 A EP 82102059A EP 0064146 A1 EP0064146 A1 EP 0064146A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
main fuel
nozzle needle
fuel line
injection
nozzle
Prior art date
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Granted
Application number
EP82102059A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0064146B1 (de
Inventor
Heinz Küpper
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.)
Kloeckner Humboldt Deutz AG
Original Assignee
Kloeckner Humboldt Deutz AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Kloeckner Humboldt Deutz AG filed Critical Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority to AT82102059T priority Critical patent/ATE13931T1/de
Publication of EP0064146A1 publication Critical patent/EP0064146A1/de
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Expired legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • F02M43/04Injectors peculiar thereto

Definitions

  • the invention relates to a device of the type specified in the preamble of the first claim.
  • an injection nozzle for injecting ignition fuel on the one hand and ignition-resistant main fuel on the other hand for diesel engines is known.
  • This injection nozzle has a separate feed for the main fuel and the pilot fuel to the nozzle needle seat.
  • the pilot fuel is deposited on one side and the main fuel on the other side of the nozzle needle above the seat.
  • a spring-loaded injection piston with differential pistons is provided in the pilot fuel channel, which is connected on its spring-loaded side via a branch channel to the main fuel channel.
  • the pilot fuel is supplied on the side opposite the spring-loaded piston side, so that the piston must be displaced by it against the pressure of the spring so that the necessary quantity of pilot fuel can be supplied.
  • the main fuel If the main fuel is then supplied, it can act on the spring-loaded side of the pre-injection piston via the branch channel and increases the pressure due to the differential piston in such a way that the nozzle needle is raised so that the pilot fuel is introduced into the combustion chamber is injected. Then the pressure of the pilot fuel collapses, the nozzle needle closes again, and only after a sufficient pressure has built up in the main fuel does it open again and allow the main fuel to enter the combustion chamber.
  • the disadvantage of this device is that since the pilot injection piston has to be displaced by the pilot fuel against the spring force, the pilot fuel has to be supplied at a relatively high pressure of 20 to 50 bar.
  • a differential piston must be connected downstream of the pilot injection piston so that the initially relatively low pressure of the main fuel can be transferred to the pilot fuel to such an extent that it can open the nozzle needle, since it must be ensured that the pilot fuel is always injected before the main fuel.
  • the object of the present invention is to provide an injection system of the type mentioned at the outset, with which a sufficient quantity of pilot fuel can be safely stored upstream of the nozzle needle, so that when it is opened, it emerges first.
  • the development according to claim 2 prevents the main fuel from penetrating into the pilot fuel system.
  • the arrangement in the immediate vicinity of the outlet opening results in an extremely small dead volume between the valve and the outlet opening. As a result, the two fuels are mixed slightly during the injection phase.
  • shut-off element which can be dimensioned according to claim 4. This results in the smallest possible dimensions, which has the advantage that a rapid closing and a low leakage are achieved when the injection process is started.
  • the single figure shows a cross section through an injection nozzle according to the invention.
  • the injection nozzle 1 consists, in a manner known per se, of the nozzle body 2, in which the nozzle needle 3 is arranged centrally and is held in the closed position by the force of the compression spring 6.
  • the nozzle body 2 is fastened to the nozzle holder 5 by a union nut 4.
  • the main fuel is fed into the nozzle holder 5 at 7 '. It passes through a rod filter 8 into an inlet bore 9, which can be closed by a piston 10, which is loaded by a spring 11.
  • the piston 10 and the spring 11 form a relief valve.
  • the piston 10 has a blind bore 10.1 which is equipped with drain openings 10.2 which are closed in the position shown.
  • the distance of the drain openings 10.2 from the seat of the piston 10 is a measure of the size of the relief volume. The greater this distance, the greater the relief volume.
  • the main fuel After passing through the piston 10, the main fuel reaches the pressure chamber 12, which is arranged concentrically around the nozzle needle 3.
  • the nozzle needle 3 has a inside the pressure chamber Pressure shoulder 3.1 so that it can be raised against the force of the compression spring at a corresponding pressure of the main fuel.
  • An annular channel 13 runs from the pressure chamber 12 to the nozzle needle seat surface. This ring channel is closed by the nozzle needle in the closed state. In the open state of the nozzle needle, the ring channel 13 merges into an intermediate bore 14, from which one or more spray holes 15 branch off.
  • the pilot fuel is preferably supplied according to the invention through the leakage system provided in conventional injectors.
  • the pilot fuel passes through its connecting line 16 and bores in the nozzle holder to the compression spring chamber 17 and from there to the nozzle needle.
  • the nozzle needle has a blind hole 18 in which a cylindrical insert 19 with a flattened side wall is inserted.
  • a gap 20 is formed between the flattened side wall and the nozzle needle inner wall.
  • a ball 22 and a spring 23, which together form a check valve and close it, are arranged in the bore 21.
  • the device according to the invention works as follows.
  • the injection valve 1 is in the position shown, i. H. the nozzle needle 3 is closed and the piston 10 is in its position shown. He can take this because a pressure relief valve is provided in the main fuel system, so that the pressure in the inlet bore 9 drops after the end of the injection process, so that the spring 11 can move the piston 10 into the position shown.
  • the pilot fuel Since the pilot fuel is to be injected first with every injection process, it must also be supplied first. For this purpose, it is supplied by a constant delivery pump with a pressure of .3 to 4 bar via the connecting line 16, the pressure spring chamber 17 into the gap 20 and from there via the central bore 21 to the check valve.
  • the spring 23 of the check valve is set such that the check valve opens at a pressure of 2 bar. As a result, the ignition fuel flows into the annular channel 13 via the outlet openings 24.
  • the main fuel remaining in the annular channel 13 from the last injection process is also without pressure, since the volume present between the piston 10 and the nozzle needle seat due to the closing movement of the piston 10 and the nozzle needle seat due to the closing movement of the piston 10, for example by 10 or 1 5 mm was enlarged. As a result, the pilot fuel easily gets into the ring channel and can accumulate around the nozzle needle tip.
  • the main fuel is then supplied under pressure.
  • the force of the spring 11 of the relief valve is dimensioned such that the main fuel can move the piston 10 so that the main fuel can flow via the discharge openings 10.2 to the pressure chamber 12 and from there into the annular channel 13.
  • Due to the pressure of the main fuel the nozzle needle is raised over the pressure shoulder 3.1.
  • the pilot fuel upstream of the nozzle needle seat can enter the combustion chamber via the intermediate bore 14 and the spray holes 15, followed by the main fuel.
  • both the nozzle needle 3 and the piston 10 close again.
  • the relief volume is thus formed again in the main fuel channel between the piston 10 and the nozzle needle seat surface, so that the pilot fuel can be supplied.
  • the check valve is also arranged as close as possible to the outlet openings 24 and has such a low mass that it can react without delay.

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Abstract

Um zwei verschiedene Kraftstoffe nacheinander in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, z.B. Zündkraftstoff und Hauptkraftstoff, einzuspritzen, wird eine Einspritzdüse (1) vorgeschlagen, bei der in der Hauptbrennstoffleitung (9) ein Entlastungsventil (10, 11) angeordnet ist, das zwischen zwei Einspritzvorgängen ein Entlastungsvolumen schafft, das durch den Zündbrennstoff aufgefüllt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenen Art.
  • Aus der DE-OS 29 24 128 ist eine Einspritzdüse zum Einspritzen von Zündkraftstoff einerseits und zündunwilligem Hauptkraftstoff andererseits für Dieselmotoren bekannt. Diese Einspritzdüse weist eine getrennte Zuführung für den Hauptbrennstoff und den Zündbrennstoff zum Düsennadelsitz auf. Der Zündbrennstoff wird hierbei auf der einen und der Hauptbrennstoff auf der anderen Seite der Düsennadel oberhalb -.des Sitzes angelagert. Um dafür Sorge zu tragen, daß der Zündbrennstoff vor dem Hauptbrennstoff in den Brennraum gelangt, ist in dem Zündbrennstoffkanal ein federbelasteter Vorspritzkolben mit Differentialkolben vorgesehen, der auf seiner federbelasteten Seite über einen Stichkanal mit dem Hauptbrennstoffkanal verbunden ist. Der Zündbrennstoff wird auf der der federbelasteten Kolbenseite gegenüberliegenden Seite zugeführt, so daß von diesem der Kolben gegen den Druck der Feder verschoben werden muß, damit die notwendige Zündbrennstoffmenge zugeführt werden kann. Wird dann der Hauptbrennstoff zugeführt, so kann er über den Stichkanal auf die federbelastete Seite des Voreinspritzkolbens wirken.und erhöht aufgrund des Differentialkolbens den Druck derart, daß die Düsennadel angehoben wird, so daß der Zündbrennstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Sodann bricht der Druck des Zündbrennstoffes zusammen, die Düsennadel schließt wieder und erst nach Aufbau eines ausreichenden Druckes in dem Hauptbrennstoff öffnet sie wieder und läßt den Hauptbrennstoff in den Brennraum eintreten.
  • Der Nachteil dieser Vorrichtung liegt darin, daß - da der Voreinspritzkolben von dem Zündbrennstoff gegen die Federkraft verschoben werden muß - der Zündbrennstoff mit einem relativ hohen Druck von 20 bis 50 bar zugeführt werden muß. Darüberhinaus muß dem Voreinspritzkolben ein Differentialkolben nachgeschaltet werden, damit der zu Anfang relativ niedrige Druck des Hauptbrennstoffes derart verstärkt auf den Zündbrennstoff übertragen werden kann, daß dieser die Düsennadel öffnen kann, da sichergestellt werden muß, daß der Zündbrennstoff immer vor dem Hauptbrennstoff eingespritzt wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Einspritzsystem der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem sicher eine ausreichende Zündbrennstoffmenge der Düsennadel vorgelagert werden kann, so daß bei deren Öffnen diese zuerst austritt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Der Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß in dem Moment, indem in der Hauptbrennstoffleitung der Druck-zusammenbricht, für den Zündbrennstoff ein Entlastungsvolumen in dem Einspritzventil geschaffen wird, so daß der Zündbrennstoff mit einem relativ niedrigen Druck von zwei bis vier bar zugeführt werden kann, trotzdem im Bereich der Düsennadel angelagert werden, so daß bei einem einzigen Öffnungshub der Düsennadel dieser zuerst austritt. Hierdurch ist es nicht erforderlich, daß ein Voreinspritzkolben mit einem Differentialkolben vorgesehen wird, der von dem Hauptbrennstoff belastet wird, so daß die Düsennadel einmal durch den Zündbrennstoff geöffnet wird und zum anderen durch den Hauptbrennstoff. Erfindungsgemäß reicht das Zuführen des Hauptbrennstoffs und das Öffnen der Düsennadel durch dessen Druck aus, den Zündbrennstoff voranzuspritzen und dann erst den Hauptbrennstoff hinterherzuspritzen in einem einzigen Einspritzvorgang.
  • Die Weiterbildung nach Anspruch 2 verhindert, daß der Hauptbrennstoff in das Zündbrennstoffsystem eindringen kann. Die Anordnung in unmittelbarer Nähe der Austrittsöffnung bringt ein äußerst geringes Totvolumen zwischen Ventil und Austrittsöffnung mit sich. Dadurch wird während der Einspritzphase eine geringe Vermischung der beiden Brennstoffe erzielt.
  • Die Weiterbildung nach Anspruch 3 beschreibt eine bevorzugte Ausführungsform des Absperrelementes, das gemäß Anspruch 4 dimensioniert werden kann. Dadurch erzielt man kleinstmöglichste Abmessungen, was den Vorteil hat, daß beim Einsetzen des Einspritzvorgangs ein rasches Schließen und eine geringe Undichtigkeit erzielt wird.
  • Aufgrund der Ausbildung gemäß Anspruch 5 sind in der Düsennadel nur geringe Mengen Zündbrennstoff enthalten, die die Bewegung der Düsennadel in keiner Weise beeinflussen.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • In der einzigen Abbildung ist ein Querschnitt durch eine Einspritzdüse gemäß der Erfindung dargestellt. Die Einspritzdüse 1 besteht in an sich bekannter Weise aus dem Düsenkörper 2, in dem zentrisch die Düsennadel 3 angeordnet ist, die durch die Kraft der Druckfeder 6 in Schließstellung gehalten wird. Der Düsenkörper 2 wird von einer Überwurfmutter 4 an dem Düsenhalter 5 befestigt.
  • Der Hauptbrennstoff wird in den Düsenhalter 5 bei 7' zugeführt. Er gelangt durch ein Stabfilter 8 in eine Zulaufbohrung 9, die durch einen Kolben 10, welcher von einer Feder 11 belastet wird, verschließbar ist. Der Kolben 10 und die Feder 11 bilden ein Entlastungsventil. Der Kolben 10 weist hierzu eine Sacklochbohrung 10.1 auf, die mit Abflußöffnungen 10.2 ausgerüstet ist, die in der dargestellten Position verschlossen sind. Der Abstand der Abflußöffnungen 10.2 vom Sitz des Kolbens 10 ist ein Maß für die Größe des Entlastungsvolumens. Je größer dieser Abstand ist, desto größer ist das Entlastungsvolumen. Nach Passieren des Kolbens 10 gelangt der Hauptbrennstoff in die Druckkammer 12, die konzentrisch um die Düsennadel 3 angeordnet ist. Die Düsennadel 3 weist innerhalb der Druckkammer eine Druckschulter 3.1 auf, so daß sie bei einem entsprechenden Druck des Hauptbrennstoffes gegen die Kraft der Druckfeder angehoben werden kann. Von der Druckkammer 12 verläuft ein Ringkanal 13 zur Düsennadelsitzfläche. Dieser Ringkanal wird von der Düsennadel im geschlossenen Zustand verschlossen. In geöffnetem Zustand der Düsennadel geht der Ringkanal 13 in eine Zwischenbohrung 14 über, von der aus ein oder mehrere Spritzlöcher 15 abzweigen.
  • Der Zündbrennstoff wird bevorzugt gemäß der Erfindung durch das bei üblichen Einspritzdüsen vorgesehene Leckagesystem zugeführt. Hierzu gelangt der Zündbrennstoff über seine Anschlußleitung 16 und Bohrungen in den Düsenhalter zum Druckfederraum 17 und von dort zur Düsennadel. Um ihn im Inneren der Düsennadel bis kurz oberhalb der Nadelsitzfläche zu führen, weist die Düsennadel eine Sacklochbohrung 18 auf, in der ein zylindrischer Einsatz 19 mit einer abgeflachten Seitenwand eingesetzt ist. Dadurch wird zwischen der abgeflachten Seitenwand und der Düsennadelinnenwand ein Spalt 20 gebildet. Dieser ist im unteren Bereich der Düsennadel mit einer zentralen Bohrung 21 im Einsatz 19 und der Düsennadel 3 verbunden, von deren Ende kurz oberhalb der Düsennadelsitzfläche mehrere Austrittsöffnungen 24 zu dem Ringkanal 13 vorgesehen sind. In der Bohrung 21 ist eine Kugel 22 und eine Feder 23, die zusammen ein Rückschlagventil bilden und sie verschließen, angeordnet.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen.
  • Zwischen zwei Einspritzvorgängen befindet sich das Einspritzventil 1.in der dargestellten Position,d. h. die Düsennadel 3 ist geschlossen und der Kolben 10 befindet sich in seiner dargestellten Stellung. Diese kann er deshalb einnehmen, weil im Hauptbrennstoffsystem ein Druckentlastungsventil vorgesehen ist, so daß der Druck in der Zulaufbohrung 9 nach Beendigung des Einspritzvorganges absinkt, so daß die Feder 11 den Kolben 10 in die dargestellte Stellung verschieben kann.
  • Da der Zündbrennstoff bei jedem Einspritzvorgang zuerst eingespritzt werden soll, muß er auch zuerst zugeführt werden. Hierzu wird er von einer Konstantförderpumpe mit einem Druck von .3 bis 4 bar über die Anschlußleitung 16, dem Druckfederraum 17 in den Spalt 20 und von dort über die zentrale Bohrung 21 bis zu dem Rückschlagventil geliefert. Die Feder 23 des Rückschlagventils ist derart eingestellt, daß das Rückschlagventil bei einem Druck von 2 bar öffnet. Dadurch fließt der Zündkraftstoff über die Austrittsöffnungen 24 in den Ringkanal 13.
  • Der in dem Ringkanal 13 vom letzten Einspritzvorgang übriggebliebene Hauptbrennstoff liegt ebenfalls durcklos vor, da durch die Verschließbewegung des als Entlastungsventil ausgebildeten Kolbens 10 das zwischen dem Kolben 10 und dem Düsennadelsitz vorhandene Volumen durch die Schließbewegung des Kolbens 10,z.B. um 10 oder 15 mm vergrößert wurde. Dadurch gelangt der Zündbrennstoff leicht in den Ringkanal und kann sich um die Düsennadelspitze ansammeln.
  • Anschließend wird der Hauptbrennstoff unter Druck zugeführt. Die Kraft der Feder 11 des Entlastungsventils ist derart bemessen, daß der Hauptbrennstoff den Kolben 10 verschieben kann, so daß der Hauptbrennstoff über die Abflußöffnungen 10.2 zur Druckkammer 12 und von dort in den Ringkanal 13 fließen kann. Aufgrund des Druckes des Hauptbrennstoffes wird die Düsennadel über die Druckschulter 3.1 angehoben. Dadurch kann der an dem Düsennadelsitz vorgelagerte Zündbrennstoff über die Zwischenbohrung 14 und die Spritzlöcher 15 in den Brennraum eintreten, gefolgt von dem Hauptbrennstöff.
  • Ist die Förderung des Hauptbrennstoffes beendet und bricht der Druck in der Hauptbrennstoffleitung zusammen, so schließt sowohl die Düsennadel 3 als der Kolben 10 wieder. Damit wird in dem Hauptbrennstoffkanal zwischen dem Kolben 10 und der Düsennadelsitzfläche wieder das Entlastungsvolumen gebildet, so daß der Zündbrennstoff zugeführt werden kann.
  • Aufgrund des Rückschlagventils in der Zündbrennstoffleitung wird während des Einspritzvorgangs verhindert, daß Hauptbrennstoff in die Zündbrennstoffleitung eindringt, so daß beim Zuführen von Zündbrennstoff der Hauptbrennstoff erst wieder herausgedrückt werden muß. Da dieser dann das geschaffene Entlastungsvolumen im Ringkanal 13 ausfüllen würde, könnte zuwenig Zündbrennstoff vorgelagert werden. Aus diesem Grunde ist das Rückschlagventil auch so nahe wie möglich an den Austrittsöffnurrgen 24 angeordnet und weist eine derart geringe Masse auf, daß es verzögerungsfrei reagieren kann.

Claims (5)

1. Einspritzsystem zum Einspritzen zweier Brennstoffe durch eine Einspritzdüse, der die beiden Brennstoffe getrennt zugeführt werden und erst im Bereich der Düsennadelspitze aufeinandertreffen, wobei die Hauptbrennstoffleitung durch ein Entlastungsventil, vorzugsweise in der Einspritzpumpe, druckentlastbar ist und wobei innerhalb der Einspritzdüse ein federbelasteter Kolben vorgesehen ist, der mit der Hauptbrennstoffleitung verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, daß der federbelastete Kolben (10) ein Druckentlastungsventil ist, das in der Hauptbrennstoffleitung (9) eingebaut ist und in drucklosem Zustand der Hauptbrennstoffleitung (9) diese verschließt und daß der Kolben (10) durch die Federkraft (11) ein Entlastungsvolumen zwischen dem Ventil und dem Düsennadelsitz erzeugt.
'2. Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptbrennstoffleitung (9) von der Zündbrennstoffleitüng durch ein in der Zündbrennstoffleitung in unmittelbarer Nähe ihrer Austrittsöffnung (24) angeordnetes Absperrelement (22, 23) getrennt ist.
3. Einspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrelement (22, 23) ein federbelastetes Kugelventil ist.
4. Einspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (22) einen Durchmesser von etwa 0,5 mm bis 1 mm aufweist.
5. Einspritzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,wobei die Zündbrennstoffleitung innerhalb der Einspritzdüse in der Düsennadel verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündbrennstoffleitung innerhalb der Düsennadel (3) als Drosselspalt (20) aufgebaut ist, indem in einer Sacklochbohrung (18) ein zylindrischer Einsatz (19) mit abgeflachter Wand derart einsetzbar ist, daß ein Spalt entsteht, der über eine in dem Einsatz (19) und der Düsennadel (3) angeordneten Bohrung (21) mit der Austrittsöffnung (24) aus der Düsennadel (3) verbunden ist.
EP82102059A 1981-05-06 1982-03-13 Einspritzsystem zum Einspritzen zweier Brennstoffe durch eine Einspritzdüse Expired EP0064146B1 (de)

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