DE4115457A1 - Einspritzduese fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für eine Brennkraft­ maschine mit einer Hohlnadel, die eine erste Gruppe von Spritzöffnungen ansteuert und von einer ersten Feder in Rich­ tung ihrer Schließstellung belastet ist, und einer in der Hohlnadel konzentrisch angeordneten Innennadel, die von einer zweiten Feder in Richtung ihrer Schließstellung belastet ist.

Aus der DE-OS 27 11 393 ist eine Einspritzdüse bekannt, die eine Hohlnadel aufweist, in der eine Innennadel konzentrisch geführt ist. Die Hohlnadel und die Innennadel steuern jeweils verschiedene Gruppen von Spritzöffnungen auf. Durch die Ab­ stimmung der die beiden Nadeln belastenden Federn wird er­ reicht, daß beim Vorliegen eines vorbestimmten Einspritz­ druckes zunächst die Hohlnadel einen Hub ausführt und die ihr zugeordneten Spritzöffnungen freigibt. Bei Erreichen eines hö­ heren Einspritzdruckes hebt zusätzlich die Innennadel ab und gibt die ihr zugeordneten Spritzöffnungen frei.

Eine solche Einspritzdüse ermöglicht es, während eines Ein­ spritzvorganges zunächst über eine Gruppe von Spritzöffnungen die Voreinspritzung durchzuführen und bei der anschließenden Haupteinspritzung den gesamten Spritzlochquerschnitt zur Ver­ fügung zu haben.

Um eine gewisse Anpassung der erforderlichen Drücke für Vor­ einspritzung und Haupteinspritzung zu geben, sind in der DE-OS 27 11 393 hydraulische Steuerungsmechanismen vorgesehen.

Die Erfinder haben nun erkannt, daß es wünschenswert ist, je­ der Kombination von Motorzuständen, wie etwa Drehzahl und Last, eindeutig einen bestimmten Spritzlochquerschnitt vorzu­ geben. Dies ist bei einer Einspritzdüse nach der DE-OS 27 11 393 nicht möglich, da der aufgesteuerte Spritz­ lochquerschnitt immer vom Einspritzdruck abhängig ist. Es kann daher im Motorkennfeld keine eindeutige Festlegung des Spritz­ querschnittes erfolgen. Aus diesem Grunde ist auch eine Opti­ mierung von Abgas- und Geräuschemission bei allen Drehzahlbe­ reichen und Lastfällen nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Einspritzdüse zu schaffen, bei der eine Vorgabe des Spritzlochquerschnittes in Abhängigkeit vom jeweiligen Motor­ zustand möglich ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß an der Hohlnadel eine Schulter vorgesehen ist, die mit einem Absatz an der In­ nennadel zusammenwirkt, wobei in Schließstellung beider Nadeln ein Spiel zwischen Schulter und Absatz vorhanden ist, und daß ein verstellbarer Anschlag für eine der beiden Nadeln vorgese­ hen ist, der in einer Stellung einen Hub dieser Nadel gestat­ tet, der kleiner ist, als das Spiel zwischen Schulter und Ab­ satz und der in einer weiteren Stellung einen Hub dieser Nadel gestattet, der größer ist als das Spiel zwischen Schulter und Absatz.

Die Innennadel kann ein Sackloch verschließen, von dem aus eine oder mehrere Spritzöffnungen ausgehen, oder es kann ein kegeliger Sitz vorgesehen sein, der die Spritzöffnungen direkt verschließt.

Eine der beiden Nadeln weist dabei in bekannter Weise eine in einem Druckraum angeordnete Druckfläche auf, an der der Ein­ spritzdruck angreift und die Nadel gegen den Widerstand, der sie belastenden Feder abhebt. Als Feder wird im allgemeinen eine Schraubenfeder vorgesehen, es ist jedoch auch jede andere Belastung der Nadel möglich, wie etwa über hydraulische Kräfte.

In einer Stellung des Anschlages führt die eine Nadel einen vorbestimmten Hub aus, wobei die dieser Nadel zugeordneten Spritzöffnungen freigegeben werden. Die andere Nadel verbleibt dabei in ihrer geschlossenen Stellung.

Wenn der Anschlag in seine andere Stellung umgeschaltet ist, kann die vom Einspritzdruck abgehobene Nadel einen größeren Hub ausführen. Nach Überwindung des Spieles zwischen der Schulter der einen Nadel und dem Absatz der anderen Nadel wird die andere Nadel mitgenommen und gibt zusätzlich die ihr zuge­ ordneten Spritzöffnungen frei. In diesem Fall steht dann der gesamte Spritzquerschnitt zur Verfügung.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt weiters darin, daß in der Stellung des Anschlages, in der beide Nadeln öffnen können, d. h., im oberen Lastbereich oder bei Vollast, die Durchführung einer Voreinspritzung sehr leicht möglich ist. Die erste Nadel öffnet dabei bei einem geringeren Einspritz­ druck so weit, bis das Spiel zwischen Schulter und Absatz überwunden ist. In diesem Punkt wird zunächst die Öffnung die­ ser ersten Nadel unterbrochen und die zweite Nadel bleibt so­ lange geschlossen, bis der Einspritzdruck so weit angestiegen ist, daß sich beide Nadeln gegen den Widerstand beider Federn gemeinsam weiter öffnen. Durch geeignete Abstimmung der Federn kann die Voreinspritzung in weiten Grenzen eingestellt werden.

Es ist besonders günstig, wenn der verstellbare Anschlag den Hub der Hohlnadel begrenzt. Bei einer solchen Ausführungsvari­ ante wird somit die Hohlnadel durch den Einspritzdruck des Kraftstoffes geöffnet. Die Innennadel ist durch den Einspritz­ druck des Kraftstoffes allein nicht zu öffnen. Die Öffnung der Innennadel kann nur durch die Hohlnadel erfolgen, wenn ihr Hub größer ist als das Spiel zwischen Schulter und Anschlag. Bei dieser Ausführungsvariante kann für die Hohlnadel ein günsti­ ges Sitzverhältnis erreicht werden und die Führung des Kraft­ stoffes ist ohne besondere Schwierigkeiten möglich.

In einer besonderen Ausführungsvariante der Erfindung ist vor­ gesehen, daß die Innennadel belastende zweite Feder (od. Fe­ derelement) sich einerseits an der Innennadel und andererseits an einem mit der Hohlnadel fest verbundenen Bauteil abstützt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Innennadel vollständig innerhalb der Hohlnadel angeordnet werden kann und mit dieser eine kompakte Baugruppe bildet. Auf diese Weise wird nicht nur die Montage wesentlich erleichtert, sondern es werden auch Ab­ dichtungsprobleme und dgl. zuverlässig vermieden.

Es ist vorteilhaft, wenn eine Fläche auf der Rückseite der Innennadel mit dem Einspritzdruck beaufschlagt ist. Auf diese Weise wird die Innennadel durch den Einspritzdruck zusätzlich zur Wirkung der Feder in ihre geschlossene Stellung gepreßt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante sind ra­ diale Bohrungen in der Hohlnadel vorgesehen, die eine Verbin­ dung eines unter Einspritzdruck stehenden Raumes mit dem Fe­ derraum der Innennadel herstellen. Dies ermöglicht eine kon­ struktiv besonders einfache Ausführung.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn der verstellbare Anschlag aus einem Exzenter besteht, der in einer Bohrung im Düsenhal­ ter, deren Achse senkrecht auf die Längsachse der Einspritz­ düse ist, angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Hub in je­ der der beiden Stellungen des Anschlages genau und zuverlässig eingestellt werden.

Weiters ist es günstig, wenn die die Innennadel belastende zweite Feder sich einerseits an der lnnennadel und anderer­ seits am Anschlag abstützt. Besonders vorteilhaft dabei ist, wenn die die Innennadel belastende zweite Feder in einer Aus­ nehmung des Anschlagbolzens angeordnet ist. Auf diese Weise steht für die die Innennadel belastende Feder ein wesentlich größerer Raum zur Verfügung. Der Konstrukteur erhält damit einen größeren Spielraum bei der Auslegung dieser Feder.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Einspritzdüse im Axialschnitt, und

Fig. 2 eine weitere Ausführungsvariante in gleicher Schnittführung.

Die Einspritzdüse nach Fig. 1 besteht aus einem Düsenhalter 1, einem Zwischenstück 2 und aus einem Düsenkörper 3, die mit ei­ ner Überwurfmutter 4 verbunden sind. Die Hohlnadel 6 ist einer ersten Gruppe von Spritzöffnungen 7 zugeordnet. Die Hohlna­ del 6 wird von einer ersten Feder 8 über ein Druckstück 9 in Richtung ihrer Schließstellung belastet. Im Bereich des Druck­ raumes 10 weist die Hohlnadel 6 eine Druckschulter 11 auf, an der der Einspritzdruck angreifen kann, um die Ventilnadel 6 zu öffnen. Der Druckraum 10 ist über die Hochdruckleitung 12 und den Anschluß 13 mit der nicht dargestellte Einspritzleitung verbunden.

Oberhalb des Druckstückes 9 ist ein Anschlagbolzen 14 vorgese­ hen, der über einen Exzenter 15 am Düsenhalter 1 der Ein­ spritzdüse abgestützt ist. Am Exzenter 15 ist eine schematisch mit 16 angedeutete Verstellvorrichtung angebracht, über die der Anschlagbolzen 14 von seiner unteren Endlage in eine obere Endlage bewegt werden kann. In der Zeichnung ist der Anschlag­ bolzen 14 in seiner unteren Endlage dargestellt.

Konzentrisch im Inneren der Hohlnadel 6 ist eine Innennadel 17 axial verschieblich geführt, die von einer Feder 18 in Rich­ tung ihrer Schließstellung belastet ist. Die Feder 18 stützt sich an einem Einsatz 19 ab, der mit der Hohlnadel 6 über einen Bolzen 20 fest verbunden ist. Die Innennadel 17 besitzt einen Absatz 21, der mit einer Schulter 22 der Hohlnadel zu­ sammenwirkt. In der Schließstellung beider Nadeln ist zwischen Absatz 21 der Innennadel 17 und Schulter 22 der Hohlnadel 6 ein Spiel s vorhanden. In der dargestellten Stellung des Ex­ zenters 15 ist dieses Spiel s größer als der vom Anschlagbol­ zen 14 zugelassene Hub h der Hohlnadel 6. Der unter Einspritz­ druck stehende Kraftstoff kann dabei die Hohlnadel 6 um den Hub h anheben. Eine weitere Öffnung der Hohlnadel 6 wird durch den Anschlagbolzen 14 verhindert. Die Innennadel 17 verbleibt dabei in ihrer geschlossenen Stellung. Der durch radiale Boh­ rungen 29 der Hohlnadel 6 in den Federraum 30 der Innenna­ del 17 einströmende und unter Einspritzdruck stehende Kraft­ stoff belastet dabei die Innennadel 17.

Wenn der Exzenter 15 durch das Betätigungsorgan 16 in seine andere Stellung gebracht wird, verschiebt sich der Anschlag­ bolzen nach oben, sodaß der Hub h für die Hohlnadel 6 größer wird als das Spiel s zwischen Schulter 22 und Absatz 21. Bei einem Einspritzvorgang öffnet sich die Hohlnadel 6 zunächst soweit bis das Spiel s überbrückt ist. Sodann erfolgt eine weitere Öffnung der Hohlnadel 6, wobei jedoch die Innenna­ del 17 durch die Schulter 22 mitgenommen wird. Nunmehr gibt die Innennadel 17 die ihr zugeordneten Spritzöffnungen 23 frei. Die Einspritzung erfolgt also über sämtliche Spritzöff­ nungen 7 und 23.

Die Feder 8 ist in einem Federraum 24 angeordnet, der mit dem Leckölanschluß 25 über die Bohrung 31 in Verbindung steht. Um stets eine genau definierte Lage des Anschlagbolzens 14 zu ge­ währleisten, ist eine Druckfeder 26 vorgesehen, die diesen nach oben drückt.

Die Hohlnadel 6 weist einen kegeligen Sitz 28 auf, der mit ei­ ner entsprechenden Kegelfläche am Düsenkörper 3 zusammenwirkt. In bekannter Weise ist es dabei vorgesehen, daß die Hohlna­ del 6 eine "Winkelübertreibung" besitzt. Dies bedeutet, daß der Öffnungswinkel des Kegels an der Spitze der Hohlnadel ge­ ringfügig größer ist, als der Öffnungswinkel im Inneren des Ventils. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die Abdichtung zwischen Ventil und Hohlnadel 6 entlang der Kante 27 zwischen der Kegelfläche 28 und zylindrischen Außenfläche der Hohlna­ del 6 erfolgt. Dies gewährleistet ein genau definierbares Öff­ nungsverhalten der Hohlnadel 6.

Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 2 ist die Schulter 22 der Hohlnadel 6 durch die obere Begrenzungsfläche dieser Hohl­ nadel 6 gebildet. Die zweite Feder 18a für die Innennadel 17 ist im Inneren einer Ausnehmung 32 des Anschlagbolzens 14a an­ geordnet. Der Hub h der Hohlnadel wird durch den Abstand zwi­ schen dem Druckstück 9 und dem Anschlagbolzen 14a bestimmt. Die Öffnung der Innennadel 17 wird durch einen weiteren An­ schlag 33 begrenzt, der konzentrisch im Inneren der zweiten Feder 18a vorgesehen ist. Im übrigen entspricht diese Ausfüh­ rungsvariante der in Fig. 1 dargestellten Einspritzdüse.

Claims (9)

1. Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine mit einer Hohl­ nadel, die eine erste Gruppe von Spritzöffnungen ansteuert und von einer ersten Feder in Richtung ihrer Schließstel­ lung belastet ist, und einer in der Hohlnadel konzentrisch angeordneten Innennadel, die von einer zweiten Feder in Richtung ihrer Schließstellung belastet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an der Hohlnadel (6) eine Schulter (22) vorgesehen ist, die mit einem Absatz (21) an der Innenna­ del (17) zusammenwirkt, wobei in Schließstellung beider Nadeln (6, 17) ein Spiel (s) zwischen Schulter (22) und Absatz (21) vorhanden ist, und daß ein verstellbarer An­ schlag für eine der beiden Nadeln (6) vorgesehen ist, der in einer Stellung einen Hub (h) dieser Nadel gestattet, der kleiner ist, als das Spiel (s) zwischen Schulter (22) und Absatz (21) und der in einer weiteren Stellung einen Hub (h) dieser Nadel gestattet, der größer ist als das Spiel (s) zwischen Schulter (22) und Absatz (21).

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Anschlag den Hub (h) der Hohlnadel (6) begrenzt.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Feder (18) und/oder die zweite Feder (8) durch mit einem Druckmittel beaufschlagte Federelemente gebildet sind.

4. Einspritzdüse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die die Innennadel (17) belastende zweite Fe­ der (18) sich einerseits an der Innennadel (17) und ande­ rerseits an einem mit der Hohlnadel (6) fest verbundenen Bauteil (19) abstützt.

5. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fläche auf der Rückseite der In­ nennadel (17) mit dem Einspritzdruck beaufschlagt ist.

6. Einspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß radiale Bohrungen (29) in der Hohlnadel (6) vorgesehen sind, die eine Verbindung eines unter Einspritzdruck ste­ henden Raumes mit dem Federraum (30) der Innennadel her­ stellen.

7. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Anschlag aus einem Exzenter (15) besteht, der in einer Bohrung im Düsenhal­ ter (1), deren Achse senkrecht auf die Längsachse (5) der Einspritzdüse ist, angeordnet ist.

8. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Innennadel (17) belastende zweite Feder (18a) sich einerseits an der Innennadel (17) und andererseits am Anschlag abstützt.

9. Einspritzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Innennadel (17) belastende zweite Feder (18a) in einer Ausnehmung (32) des Anschlagbolzens (14a) angeordnet ist.