AT397129B

AT397129B - Kraftstoffeinspritzdüse

Info

Publication number: AT397129B
Application number: AT0019884A
Authority: AT
Original assignee: Bosch Robert Ag
Priority date: 1984-01-20
Filing date: 1984-01-20
Publication date: 1994-02-25
Also published as: ATA19884A; EP0151562A3; ATE47202T1; DE3573638D1; EP0151562B1; EP0151562A2

Description

AT397129B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einer Düsennadel, deren dem Nadelsitz abgewandtes Ende in einen mit Kraftstoff fällbaren und vorzugsweise die Düsennadelfeder enthaltenden Raum eintaucht, wobei die Düsennadel durch den Druck des Kraftstoffes in einem DQsennadelsitzraum von dem Nadelsitz abhebbar ist und der Düsennadelsitzraum mit einem Pumpendruckraum oder einer Hochdruckleitung der Pumpe verbunden ist, und mit einem elektromagnetischen Ventil zur Steuerung des Einspritzvorganges, das in geöffneter Stellung den Düsennadelsitzraum oder den Pumpendruckraum über Kanäle oder Bohrungen entlastet, wobei ein Kolben vorgesehen ist, gegen den sich die Düsennadelfeder abstützt, der gegen einen Anschlag begrenzt verschiebbar ist, dessen Arbeitsraum mit dem Pumpendruckraum oder der Hochdruckleitung der Pumpe verbunden ist und dessen wirksamer Querschnitt größer ist als der im Öffnungssinne beaufschlagte Querschnitt der Düsennadel.

Eine Kraftstoffeinspritzdüse der eingangs genannten Art ist beispielsweise der DE-OS 2 558 699 entnehmbar. Bei dieser Ausbildung ist ein Kolben vorgesehen, welcher einseitig gegen die Düsennadelfeder abgestützt ist und auf der anderen Seite mit einem Raum in Verbindung steht, welcher nach Absteuem durch einen Ausweichkolben, namentlich nach Überschleifen einer Ringnut eines Ausweichkolbens, ein rascheres Schließen der Düsennadelfeder bewirkt Dabei ist ein elektromagnetisches Ventil als Druckhalteventil ausgebildet und in die Entlastungsleitung eingeschaltet Mit diesem Ventil wird bewirkt, daß der Druck im Federraum beeinflußbar ist Die Beeinflussung des Druckes im Federraum soll den Öffnungshub der Ventilnadel beeinflussen.

Die DE-OS 1 933 489 zeigt und beschreibt ein Brennstoffeinspritzventil, bei welchem der Düsennadelfeder-raum unter Zwischenschaltung eines in diesen Düsennadelfederraum eintauchenden Kolbens über ein Magnetventil mit der Rücklaufleitung verbindbar ist. Zwischen Pumpendruckraum bzw. zwischen Nadelraum und dem elektromagnetischen Ventil ist eine Drossel ersichtlich, jedoch ist unmittelbar aus der Funktion klar zu entnehmen, daß diese Drossel keinesfalls dazu dienen soll, bei einem Öffnen des elektromagnetischen Ventils den Druck im Düsennadelraum über das Ventil abzubauen.

Eine vorbekannte Pumpedüse-Anordnung gemäß der GB-OS 2 105 406 verwendet die Druckwelle, die beim Absteuervorgang (Förderende) durch die Bohrung aus dem Pumpenraum über die Kanäle und in den Düsennadelfederraum gelangt, dazu, einen rascheren Nadelschluß nach Förderende zu erzielen. Über die Drossel strömt ein Teil des abgesteuerten Kraftstoffes nach außen ab, während der andere Teil die Kraft der Düsenfeder im Schließsinne der Düsennadel verstärkt

Eine abgewandelte Einrichtung ist aus der US-PS 4 349 152 bekanntgeworden, bei welcher ein elektromagnetisch betätigbares Ventil in die Kraftstoffzuführungsleitung zur Düse eingeschaltet ist Die Zuführung des Kraftstoffes unter Druck zur Düsennadel bzw. dem Düsennadelraum kann durch Betätigung des elektromagnetischen Ventiles freigegeben werden oder aber abgeschlossen werden.

Bei diesen bekannten Konstruktionen ist die Steuersignaldauer für die Einspritzmenge bestimmend, und es ergeben sich bei diesen bekannten Konstruktionen immer dann Probleme, wenn extrem kleine Einspritzmengen eingespritzt werden sollen.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß auch sehr kleine Einspritzmengen ohne weiteres steuerbar sind. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß das elektromagnetische Ventil in geöffneter Stellung den Düsennadelsitzraum oder den Pumpendruckraum über die Kanäle oder die Bohrungen mit der Rücklaufleitung bzw. dem Saugraum der Pumpe verbindet und daß sich die Düsennadelfeder gegen das aus dem Arbeitsraum austauchende Ende des durch den Druck in seinem Arbeitsraum gegen den Anschlag begrenzt verschiebbaren Kolbens abstützt, wobei der Düsennadelfederraum, in welchen der Kolben eintaucht, mit dem Saugraum oder der Rücklaufleitung verbunden ist. Dadurch, daß ein Kolben vorgesehen ist, dessen Arbeitsraum mit dem Düsennadelsitzraum oder dem Druckraum der Pumpe verbunden ist und dessen aus dem Arbeitsraum austauchendes Ende gegen die Düsennadelfeder abgestützt ist, wird vor dem eigentlichen Einspritzvorgang, d. h. vor dem Abheben der Düsennadel, zunächst ein Arbeitshub dieses Kolbens ausgelöst, wodurch sich eine gewisse Verzögerung im Einspritzvorgang ergibt. Der Arbeitshub des Kolbens führt in jedem Falle zu einer Erhöhung der Vorspannung der Düsennadelfeder und damit des Nadelöffnungsdruckes. Es wird somit eine bessere Zerstäubung des Kraftstoffes in der Anfangsphase der Einspritzung erzielt, wodurch sich eine Rauchverminderung ergibt. Dieser zusätzliche Kolben bringt somit eine zusätzliche Zeitkonstante zwischen dem Steuerimpuls und dem Spritzbeginn, wodurch sehr kleine Einspritzmengen steuerbar sind. Diese Zeitkonstante addiert sich zu der Steuersignaldauer für die Einspritzung. Die minimale Schaltdauer des Magnetventiles ist durch die Verzögerungen zwischen den elektrischen Impulsen, den Kraftanstieg bzw. die Kraftentlastung des Elektromagneten und die Trägheit der beweglichen Teile begrenzt und daher für eine exakte Dosierung der Leerlaufmenge und der Teillastmenge bei höheren Drehzahlen nicht geeignet. Die Addition dieser zusätzlichen Zeitkonstante für die Bewegung des Kolbens kann die Funktion auch im Teillastbereich und im Leerlaufbereich sicherstellen. Das elektromagnetische Ventil ist hiebei so angeordnet, daß es in geöffneter Stellung den Düsennadelsitzraum oder den Pumpendruckraum mit der Rücklaufleitung bzw. dem Saugraum der Pumpe verbindet. Auf diese Weise ist auch ein relativ rasches Schließen der Düsennadel möglich. In jedem Fall muß der wirksame Querschnitt des Kolbens größer sein als der im Öffnungssinne beaufschlagte Querschnitt der Düsennadel, um sicherzustellen, daß zunächst der Kolben einen Hub ausübt, -2-

AT397129B bevor die Düsennadel abhebt. Der Düsennadelfederraum, in welchen der Kolben eintaucht, ist mit dem Saugraum oder der Rücklaufleitung verbunden, sodaß im Düsennadelfederraum immer ein relativ zum Pumpendruck geringerer Druck herrscht

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann sowohl bei Kraftstoffeinspritzdüsen mit gesondert»* Pumpe als auch bei Kraftstoffeinspritzdüsen mit integrierter Hochdruckkolbenpumpe Verwendung finden. Bei der Ausbildung der Einspritzdüse als Pumpe-Düse-Baueinheit ist hiebei vorzugsweise der Kolben über eine dichtende Anschlagfläche an den Hochdruckraum der Pumpe angeschlossen und der Düsennadelsitzraum in Strömungsrichtung nach der dichtenden Anschlagfläche an den Arbeitsraum des Kolbens angeschlossen. Der Druckhub des Pumpenkolbens wird hier nach dem Abschluß des Druckraumes der Pumpe durch das elektromagnetische Ventil begonnen, wobei die Zuführung des Kraftstoffes unter Druck zum Düsennadelsitzraum erst nach Abheben des Kolbens erfolgt, welcher in diesem Falle als Druckventil wirkt. Dieser Druckventilhub führt wiederum zu einer Erhöhung der Federvorspannung der Düsennadelfeder.

Die Ausbildung kann aber auch so getroffen sein, daß der Arbeitsraum des Kolbens über eine Zweigleitung an die Zuführungsleitung zum Düsennadelsitzraum angeschlossen ist Bedingt durch die Querschnittsverhältnisse wird auch in diesem Falle zunächst der Kolben seinen Hub ausführen, bevor die Düsennadel abheben kann.

Eine drehzahlabhängige Druckerhöhung im Düsennadelfederraum kann bevorzugt dadurch erreicht werden, daß der Düsennadelfederraum über eine Drossel und/oder ein zum Düsennadelfederraum öffnendes Rückschlagventil mit dem Saugraum oder der Rücklaufleitung verbunden ist Zusätzlich zur Düsennadelfeder wirkt in diesem Falle auf die Düsennadel der Flüssigkeitsdruck im Düsennadelfederraum, welcher entsprechend durch Eintauchen des Kolbens erhöht wird. Dieser Druck im Düsennadelfederraum beaufschlagt die Düsennadel im Schließsinne, wodurch der Öffnungsdruck der Düsennadel entsprechend erhöht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert In dieser zeigen Fig. 1 eine als Pumpe-Düse-Baueinheit ausgebildete Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Teilquerschnitt nach der Linie (Π·Π) der Fig. 1 und Hg. 3 eine erfmdungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse mit gesonderter Hochdruckpumpe schematisch im Längsschnitt

In Fig. 1 ist eine Pumpe-Düse-Baueinheit (1) dargestellt welche über einen Kipphebel (2) von dem Nocken (3) einer Nockenwelle angetrieben ist Der Pumpenkolben (4) überschleift bei seinem Hub die Saugbohrung (5), welcher über eine Leitung (6) Kraftstoff unter Pumpenvordruck zugeführt ist. Solange der Steuerschieb»: (7) des elektromagnetischen Ventiles (8) geöffnet ist erfolgt noch kein Aufbau eines Pumpendruckes. Vielmehr wird der Kraftstoff aus dem Druckraum (9) der Kraftstoffpumpe über eine Bohrung (10) und das geöffnete elektromagnetische Ventil (8) zum Saugraum (11) rückgeführt Nach dem Schließen des elektromagnetischen Ventiles (8) auf Grund eines Steuerimpulses der elektronischen Steuereinheit (12) erfolgt ein Aufbau eines Druckes im Druckraum (9) der Einspritzpumpe.

Unterhalb des Druckraumes ist ein Kolben (13) nach Art eines Druckventiles'im Düsenkörper gelagert, welcher durch die Düsennadelfeder (14) in der Schließlage gehalten ist und in den Düsennadelfederraum (15) eintaucht. Sobald der Pumpendruck im Druckraum (9) groß genug ist, wird der Kolben (13) abwärts bewegt wodurch die Düsennadelfeder (14) weiter vorgespannt wird. Ab diesem Zeitpunkt kann Kraftstoff unter Druck am von dem Kolben (13) gebildeten Druckventil vorbeiströmen und über die Bohrungen (16) zum Düsennadelsitzraum gelangen. Sobald der Druck hinreichend groß ist um die Kraft der Düsennadelfeder (14) zu überwinden, hebt die Düsennadel ab und der Einspritzvorgang setzt ein.

Der Düsennadelfederraum (15) ist über eine Bohrung (17) mit dem Saugraum der Pumpe verbunden.

Der Hub des Kolbens (13) wird durch einen Anschlag (18) begrenzt.

Der Durchmesser des Kolbens (13) ist größer als der Nadelsitzdurchmesser der Düse (19). Im Düsennadelfederraum (15) herrscht auf Grund der offenen Verbindung durch die Bohrung (17) der Saugraumdruck.

Der Spritzbeginn wird definiert durch die Zuordnung des Steuerimpulses der elektrischen Steuereinheit (12) zum oberen Totpunkt und durch die Zeit für die Förderung des Volumens, der dem Durchmesser und dem Hub des Kolbens (13) entspricht Die Verzögerung zwischen dem elektrischen Impuls und dem tatsächlichen Spritzbeginn entspricht einer Zeitkonstante, die der Drehzahl indirekt proportional ist. Sobald kein Steuersignal mehr am elektromagnetischen Ventil (8) anliegt wird der Steuerschieber (7) durch die Kraft der Feder (20) wiederum in seine Offenstellung verschoben, und es wird der Ablauf des Kraftstoffes über die Bohrung (10) zum Saugraum freigegeben. Auf diese Weise wird der Druckraum (9) der Pumpendüse entlastet und die Düsennadel der Düse (19) kann wiederum in die Schließstellung gelangen. Das Druckventil bzw. der Kolben (13) gelangt auf Grund der Kraft der Feder (14) wiederum in seine Ausgangslage, und es wird der Druckraum der Einspritzpumpe relativ zum Düsennadelsitzraum wiederum abgeschlossen.

Bei der Darstellung nach Fig. 2 ist die Anordnung des Steuerschiebers (7) relativ zum Druckraum der Pumpe bzw. zum Saugraum derselben deutlicher dargestellt.

Bei der Ausbildung nach Fig. 3 ist eine gesonderte Hochdruckpumpe (21) vorgesehen, welche von der Einspritzeinheit (22) getrennt ist. Der Funktionsablauf für Spritzbeginn und Spritzende ist mit dem Ablauf bei der Ausbildung nach Fig. 1 identisch. Aus einem Kraftstofftank (23) wird über eine Pumpe (24) unter Zwischenschaltung eines Filters (25) Kraftstoff unter Druck der Hochdruckpumpe (21) zugeführt. Die -3-

Claims

AT 397 129 B einzelnen steuerbaren Einspritzdüsen sind über Rückschlagventile (26) und Leitungen (27) mit der Hochdruckpumpe (21) verbunden. Es ist weiters ein Sicherheitsventil (28) vorgesehen, über welches die Hochdruckpumpe (21) wiederum mit dem Tank bzw. einer Rücklaufleitung verbunden ist. Bei geschlossenem Steuerschieber (7) gelangt der Kraftstoff unter Druck über die Leitung (27) in die Bohrung (29) der Einspritzdüse, welche mit dem Düsennadelsitzraum verbunden ist. Über eine Zweigleitung (30) ist ein Arbeitsraum (31) des Kolbens (13) mit der Druckleitung verbunden. Der Arbeitsraum (3.1) ist gegenüber dem Rücklaufsammelraum (32) durch eine Schraube (33) abgedichtet, welche gleichzeitig einen Anschlag (34) für das Magnetventil (8) bildet Auf Grund der Querschnittsbemessung des Kolbens (13) wird ein Druckaufbau in den Kanälen (29) und (30) zunächst eine Verschiebung des Kolbens (13) bewirken, welcher hiebei in den Düsennadelfederraum (15) eintaucht und die Düsennadelfeder (14) vorspannt. Durch diesen Hub des Kolbens (13) wird wiederum eine Verzögerung des Nadelhubes und damit der Öffnung der Düse bewirkt Der Düsennadelfederraum (15) steht über Bohrungen (35) und eine Drossel (36) mit der Rücklaufleitung (37) in Verbindung. Bedingt durch diese Drossel (36) erfolgt nur eine verzögerte Verdrängung von Kraftstoff aus dem Düsennadelfedeiraum (15) beim Eintauchen des Kolbens (13), wodurch sich eine weitere drehzahlabhängige Druckerhöhung und damit eine weitere Verzögerung des Düsennadelhubes ergibt An Stelle der Drossel (36) kann auch ein Rückschlagventil (38) vorgesehen sein. Der Einspritzvorgang wird dadurch beendet, daß der elektromagnetisch betätigte Steuerschieber (7) in seine Offenstellung gelangt, wodurch die Druckleitung (27) unmittelbar mit der Rücklaufleitung (37) verbunden wird und in den Kanälen (29) bzw. (30) ein entsprechender Druckabfall eintritt, welcher den Schließhub der Düsennadel zur Folge hat Die Hochdruckpumpe (21) ist als Reiheneinspritzpumpe ausgebildet und kann daher ohne Steuerorgane ausgebildet sein. Die Zuordnung des theoretischen Förderbeginnes der jeweiligen Pumpenelemente dieser Pumpe (21) zum oberen Totpunkt definieren die größte Spritzbeginnverstellung. PATENTANSPRÜCHE 1. Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einer Düsennadel, deren dem Nadelsitz abgewandtes Ende in einen mit Kraftstoff fällbaren und voizugsweise die Düsennadelfeder enthaltenden Raum eintaucht, wobei die Düsennadel durch den Druck des Kraftstoffes in einem Düsennadelsitzraum von dem Nadelsitz abhebbar ist und der Düsennadelsitzraum mit einem Pumpendruckraum oder einer Hochdruckleitung der Pumpe verbunden ist, und mit einem elektromagnetischen Ventil zur Steuerung des Einspritzvorganges, das in geöffneter Stellung den Düsennadelsitzraum oder den Pumpendruckraum über Kanäle oder Bohrungen entlastet, wobei ein Kolben vorgesehen ist, gegen den sich die Düsennadelfeder abstützt, der gegen einen Anschlag begrenzt verschiebbar ist, dessen Arbeitsraum mit dem Pumpendruckraum oder der Hochdruckleitung der Pumpe verbunden ist und dessen wirksamer Querschnitt größer ist als der im Öffnungssinne beaufschlagte Querschnitt der Düsennadel, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Ventil (8) in geöffneter Stellung den Düsennadelsitzraum oder den Pumpendruckraum (9) über die Kanäle oder die Bohrungen (10) mit der Rücklaufleitung bzw. dem Saugraum (11) der Pumpe verbindet und daß sich die Düsennadelfeder (14) gegen das aus dem Arbeitsraum (31) austauchende Ende des durch den Druck in seinem Arbeitsraum (31) gegen den Anschlag (18) begrenzt verschiebbaren Kolbens (13) abstützt, wobei der Düsennadelfederraum (15), in welchen der Kolben (13) eintaucht, mit dem Saugraum (11) oder der Rücklauf leitung (37) verbunden ist.
2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, die als Pumpe-Düse-Baueinheit ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (13) über eine dichtende Anschlagfläche an den Hochdruckraum (9) der Pumpe anschließt und daß der Düsennadelsitzraum in Strömungsrichtung nach der dichtenden Anschlagfläche an den Arbeitsraum des Kolbens (13) angeschlossen ist.
3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (31) des Kolbens (13) über eine Zweigleitung (30) an die Zuführungsleitung (29) zum Düsennadelsitzraum angeschlossen ist.
4. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsennadelfederraum (15) über eine Drossel (36) und/oder ein zum Düsennadelfederraum (15) öffnendes Rückschlagventil (38) mit dem Saugraum (11) oder der Rücklaufleitung (37) verbunden ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-