DE10203264A1 - Kraftstoffeinspritzdüse mit Ausweichkolben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse, insbesondere Pumpe-Düse-Element, für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer von einer Düsennadelfeder (24) in Schließrichtung mit Kraft beaufschlagten Düsennadel (22), einem Druckraum (30), welcher stromauf eines Sitzes der Düsennadel (22) angeordnet ist, und einem Ausweichkolben (26), welcher an einem von der Düsennadel (22) abgewandten Ende der Düsennadelfeder (24) angeordnet ist und einen zwischen Düsennadel (22) und Ausweichkolben (26) angeordneten Federraum (28) begrenzt, wobei der Ausweichkolben (26) in einem Gehäuse (38) der Kraftstoffeinspritzdüse derart axial beweglich gelagert ist, daß er eine Vorspannung der Düsennadelfeder (24) und damit eine auf die Düsennadel (22) einwirkende Schließkraft variiert. Hierbei sind Dämpfungsmittel vorgesehen, welche derart ausgebildet sind, daß die Bewegung des Ausweichkolbens (26) kavitationsfrei erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem aus der DE 39 00 763 A1 bekannten Pumpe-Düse-Element (PDE) für eine Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine ist zur Realisierung eines günstigen Einspritzverlaufes mit einer Vor- und Haupteinspritzung ein Ausweichkolben vorgesehen, welcher auf eine Düsennadelfeder in einem Federraum wirkt. Es ist jedoch ein erheblicher Nachteil herkömmlicher Pumpe-Düse-Elemente, daß es aufgrund von Unterdruck in bzgl. des Ausweichkolbens benachbarten Räumen zu Kavitation und somit zu einer unerwünschten Geräuschemission kommt. Hierbei kommt es systembedingt während des Absteuervorgangs des Ausweichkolbens zu einem radikalen Druckabfall im Pumpe-Düse-Element. Dieser Druckabfall ist für die Qualität des Brennverfahrens von entscheidender Bedeutung. Aufgrund des Druckabfalles wird der Ausweichkolben aus Richtung Federraum nach oben bewegt. Diese Bewegung ist so schnell, daß der Kraftstoff nicht in der Lage ist, sowohl unterhalb der oberen als auch unterhalb der unteren Kolbenfläche des Ausweichkolbens aus dem Kraftstoffvorlauf nachzufließen. Trotz einer relativ geringen Systemtemperatur werden aufgrund des niedrigen Druckes Gasvolumen aus verdampften Kraftstoff erzeugt. Sobald der Ausweichkolben seine obere Ruhelage erreicht hat und hinreichend Kraftstoff aus dem Vorlauf in den Federraum nachgeflossen ist, implodieren die entstandenen Gasvolumen. Diese Implusionen erzeugen deutlich meß- und hörbare Körper- und Luftschallenergie.

Ferner unterliegt der Ausweichkolben jeweils am Ende der Vor- und Haupteinspritzung starken Beschleunigungen. Er besitzt damit beim Erreichen der jeweiligen mechanischen Endpositionen einen mechanischen Impuls, den er direkt an die Gehäusestruktur weitergibt. Auch dieser Effekt induziert impulsartige Körperschallanregungen an den angrenzenden Strukturen, wie PDE-Gehäuse, Zylinderkopf etc., welche zu Luftschallereignissen führen.

Aus der DE 39 00 763 A1 ist für den Ausweichkolben eine hydraulische Dämpfung bekannt, welche ausgehend von der Grundstellung desselben in Richtung eines unteren Anschlages abnimmt. Hierdurch soll in jeder Betriebssituation der Brennkraftmaschine unabhängig von der Drehzahl und Lastzustand eine näherungsweise konstante Dauer und Kraftstoffmenge für die Voreinspritzung erzielt wird. Ein Anschlagen des Ausweichkolbens an der unteren Endlage kann diese hydraulische Dämpfung nicht verhindern. Auch bei der Rückkehr des Ausweichkolbens in seine obere Endlage ist ein Anschlagen desselben am Gehäuse nicht verhindert, da die hydraulische Dämpfung gemäß DE 39 00 763 A1 eine sich durch die schnelle Bewegung des Ausweichkolbens aufbauende hohe kinetische Energie nicht beeinflußt oder begrenzt. Weiterhin kommt es bei der Bewegung dieses Ausweichkolbens durch ein sich vergrößerndes Volumen zu einem Saugen, was ebenfalls zu Kavitation führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzdüse der o. g. Art bzgl. Betriebsverhalten und Lebensdauer zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftstoffeinspritzdüse der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß Dämpfungsmittel vorgesehen sind, welche derart ausgebildet sind, daß diese die Bewegung des Ausweichkolbens mit zunehmender Annäherung an entsprechende Endlagen desselben zunehmend bedämpfen und/oder eine maximale Geschwindigkeit des Ausweichkolbens begrenzen.

Dies hat den Vorteil, daß sich eine unerwünschte Geräuschentwicklung entsprechend reduziert. Dazu wird in einem in sich abgeschlossenen Volumen Kraftstoff zum Strömen veranlaßt und der Strömungsquerschnitt so variiert, daß abschließend die gewünschte Bewegung des Ausweichkolbens zustande kommt. Durch in sich abgeschlossene Volumen wird der Kraftstoff stets gepumpt und niemals gesaugt, was die Entstehung von Kavitation verhindert.

Dadurch, daß die Dämpfungsmittel derart ausgebildet sind, daß diese die Bewegung des Ausweichkolbens mit zunehmender Annäherung an entsprechende Endlagen desselben zunehmend bedämpfen, wird ein hartes mechanisches Anschlagen des Ausweichkolbens an den Anlageflächen unterbunden, so daß sich neben einer verringerten Geräuschentwicklung auch ein verringerter Verschleiß mit längerer Lebensdauer einstellt. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Ausweichkolbens verzögert die Bewegung und verhindert sowohl das "harte" Aufsetzen des Ausweichkolbens in den Endlagen als auch Kavitationsbildung.

Zweckmäßigerweise sind die Dämpfungsmittel derart ausgebildet, daß diese eine maximale Geschwindigkeit des Ausweichkolbens begrenzen.

Beispielsweise sind die Dämpfungsmittel am Umfang des Ausweichkolbens und an einer diesen umgebenden Innenwandung des Gehäuses ausgebildet.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist der Ausweichkolben in einem mittleren Abschnitt eine Einschnürung und die Innenwandung des Gehäuses eine entsprechende in die Einschnürung ragende Erhebung auf, wobei der Ausweichkolben im Bereich der Einschnürung einen vorbestimmten Abstand von der Innenwandung aufweist und im übrigen Bereich dichtend an der Innenwandung anliegt. Um ein Bewegungsprofil des Ausweichkolbens entsprechend zu beeinflussen, weist die Einschnürung an den Erhebungen zugewandten Flächen eine Ausnehmung auf.

Zur Vermeidung von hohen Strömungsgeschwindigkeiten an Kanten oder ähnlichem, ist eine Kontur der Innenwandung im Bereich der Einschnürung rund ausgebildet. Hierdurch sind Kavitationserscheinungen bedingt durch einen Strömungsabriß vermieden.

Ein leichteres Ein- bzw. Ausströmen des Kraftstoffes in bzw. aus den äußeren Bereichen zwischen der Einschnürung des Ausweichkolbens und der Innenwandung wird dadurch erzielt, daß einander zugewandte und in Endlagen des Ausweichkolbens aneinander anschlagende Flächen von Ausweichkolben und Innenwandung im Bereich der Einschnürung als rauhe Oberflächen oder mit radial ausgerichteten Kanälen ausgebildet sind.

In einer alternativen Ausführungsform der Kraftstoffeinspritzdüse weist der Ausweichkolben in einem mittleren Abschnitt einen Nasenring und die Innenwandung eine Nut auf, wobei der Nasenring in die Nut greift und diese derart ausgebildet ist, daß für den Nasenring bei axialer Bewegung des Ausweichkolbens ein ausreichender Freigang in der Nut in axialer Richtung ausgebildet ist. Hierdurch wird eine Dämpfung der Bewegung des Ausweichkolbens dadurch erzielt, daß bei axialer Auslenkung des Ausweichkolbens der Nasenring Kraftstoff innerhalb der Nut durch einen entsprechend verringerten Querschnitt pumpen muß.

Eine geringer Bedämpfung der Bewegung des Ausweichkolbens in einem mittleren Bereich der axialen Auslenkung desselben und eine stärkere Bedämpfung der Bewegung des Ausweichkolbens an den Endlagen desselben erzielt man dadurch, daß die Nut derart ausgebildet ist, daß zwischen Nasenring und Innenwandung der Nut ein Strömungsquerschnitt ausgebildet ist, welcher sich in Richtung der Endlagen des Ausweichkolbens verringert. Der vom Bewegungsweg abhängige Strömungsquerschnitt bestimmt auch hier den Bewegungsablauf des Ausweichkolbens und damit dessen Bedämpfung.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform umfassen die Dämpfungsmittel eine sich in Richtung des Federraums erstreckende Verlängerung, welche dichtend an der Düsennadelfeder anliegt und diese ferner dichtend an eine Innenwandung des Gehäuses andrückt. Hierdurch entsteht zwischen den Federwindungen ein spiralförmiger Flüssigkeitskanal, dessen Volumen sich bei Stauchung oder Streckung der Düsennadelfeder ändert. Das dadurch bedingte zwangsläufige Aus- und Einströmen von Kraftstoff aus oder in diesen Flüssigkeitskanal erzeugt eine entsprechende Dämpfung. Ferner ergibt sich durch die zusätzliche Masse des Ausweichkolbens in vorteilhafter Weise ein entsprechendes Trägheitsverhalten, welches die maximale Geschwindigkeit desselben begrenzt. Damit wird die Bildung von Kavitationsvolumina verhindert.

Zum Abfangen des mechanischen Impulses des Ausweichkolbens umfassen die Dämpfungsmittel in einer weiteren alternativen Ausführungsform im Bereich von Endlagen des Ausweichkolbens angeordnete Federscheiben, gegen die entsprechende Kanten des Ausweichkolbens anschlagen.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in

Fig. 1 eine Einspritzdüse in Form eines Pumpe-Düse-Elementes in Schnittansicht,

Fig. 2 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Ausweichkolbens des Pumpe- Düse-Elementes von Fig. 1 in Schnittansicht,

Fig. 3 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Ausweichkolbens des Pumpe- Düse-Elementes von Fig. 1 in einer oberen Endlage des Ausweichkolbens in Schnittansicht,

Fig. 4 die zweite bevorzugte Ausführungsform des Ausweichkolbens des Pumpe- Düse-Elementes von Fig. 1 in einer unteren Endlage des Ausweichkolbens in Schnittansicht,

Fig. 5 vergrößerte Darstellungen eines Dämpfungsmittels des Ausweichkolbens gemäß Fig. 3 und 4 in verschiedenen Stellungen des Ausweichkolbens in jeweiligen Schnittansichten,

Fig. 6 eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines Ausweichkolbens des Pumpe- Düse-Elementes von Fig. 1 in Schnittansicht,

Fig. 7 eine vierte bevorzugte Ausführungsform eines Ausweichkolbens des Pumpe- Düse-Elementes von Fig. 1 in Schnittansicht und

Fig. 8 eine fünfte bevorzugte Ausführungsform eines Ausweichkolbens des Pumpe- Düse-Elementes von Fig. 1 in einer weiteren Schnittansicht.

Fig. 1 veranschaulicht den konstruktiven Aufbau eines Pumpe-Düse-Elementes. Ein Einspritznocken 10 wirkt auf einen Rollenkipphebel 12, welcher einen Pumpenkolben 14 betätigt, der gegen eine Pumpenfeder 16 arbeitet. Ein Ventil 18 für das Pumpe-Düse- Element umfaßt eine Magnetventilfeder 20 und Magnetventilnadel 19 und wird von einer nicht dargestellten Motorsteuerung für eine entsprechende Kraftstoffzufuhr betätigt. Eine Düsennadel 22 wird von einer Düsennadelfeder 24 in Schließrichtung mit Kraft beaufschlagt. An einem der Düsennadel 22 abgewandten Ende der Düsennadelfeder 24 ist ein Ausweichkolben 26 angeordnet, welcher einen zwischen Ausweichkolben 26 und Düsennadel 22 ausgebildeten Federraum 28 begrenzt. Der Ausweichkolben 26 ist in einem Gehäuse 38 der Kraftstoffeinspritzdüse derart axial beweglich gelagert, daß er eine Vorspannung der Düsennadelfeder 24 und damit eine auf die Düsennadel 22 einwirkende Schließkraft variiert. In bekannter Weise realisiert dabei die Anordnung des Ausweichkolbens 26 einen Einspritzverlauf mit Vor- und Haupteinspritzung. Die Kraftstoffversorgung erfolgt aus einem Kraftstoffvorlauf 32. Überschüssiger Kraftstoff wird über einen Kraftstoffrücklauf 34 wieder abgeführt.

Erfindungsgemäß ist der Ausweichkolben 26 bzw. eine Innenwandung 36 eines Gehäuses 38 des Pumpe-Düse-Elementes derart mit Dämpfungsmitteln ausgebildet, daß sich eine um so stärkere Bedämpfung der axialen Bewegung des Ausweichkolbens 26 ergibt, je näher dieser einer seiner beiden Endlagen kommt. Hierdurch ist einerseits ein geräuschvolles Anschlagen des Ausweichkolbens am Gehäuse verhindert und gleichzeitig werden Kavitätserscheinungen entgegen gewirkt.

Nachfolgend werden anhand der Fig. 2 bis 7 verschiedene Ausführungsformen für einen Ausweichkolben erläutert, wobei die Fig. 2 bis 4 sowie 6 und 7 jeweils einen vergrößerten Ausschnitt des Kreises 39 von Fig. 1 darstellen.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform für derartige Dämpfungsmittel zeigt Fig. 2. Der Ausweichkolben 26 umfaßt in einem mittleren Abschnitt eine Einschnürung 40 und die Innenwandung 36 umfaßt an einer entsprechenden Stelle eine Erhebung oder Ausbauchung 42 derart, daß die Ausbauchung 42 in die Einschnürung 40 ragt und ferner sich der Ausweichkolben 26 relativ zur ortsfesten Ausbauchung 42 axial bewegen kann. Konstruktiv ergeben sich somit ein erster Raum 44, ein zweiter Raum 46 und ein dritter Raum 48. Die Abschnitte 50 und 52 des Ausweichkolbens 26 oberhalb bzw. unterhalb der Einschnürung 40 sind in ihrem Umfang derart ausgebildet, daß sie dichtend an der Innenwandung 36 des Gehäuses 38 anliegen. Zwischen dem zweiten und dritten Raum 46, 48 besteht somit keine Verbindung und es strömt zwischen diesen Räumen kein Kraftstoff hin und her. Über den verbleibenden Querschnitt zwischen den Kolbenabschnitten 50, 52 wird bei jeder Bewegung des Ausweichkolbens 26 Kraftstoff zwischen den ersten und zweiten Raum 44, 46 hin und her gepumpt. Dadurch kann im ersten Raum 44 keine Kavitation mehr auftreten. Hierbei sind die Außen- und Innendurchmesser der Räume 44 und 46 gleich groß, damit das Änderungsvolumen in den beiden Räumen 44, 46 den selben Wert aufweist. Durch die Wahl eines Strömungsquerschnittes an der Kontur 54 der Erhebung 42 wird die Dämpfung der Bewegung des Ausweichkolbens 26 eingestellt. Der Strömungsquerschnitt wird während der Hubbewegung des Ausweichkolbens 26 derart variiert, daß sich durch entsprechende Ausgestaltung des Querschnittes ein gewünschtes Bewegungsprofil einstellt. Eine hinreichende Dämpfung reduziert ferner eine Maximalgeschwindigkeit des Ausweichkolbens 26 soweit, daß im Federraum 28 (dritter Raum 48) keine Kavitation auftreten kann. Im Bereich des kleinsten Querschnittes zwischen erstem und zweitem Raum 44, 46 ist die Kontur 54 rund ausgeführt. Dies realisiert eine stetige Änderung des Querschnittes und dient zur Vermeidung unnötig hoher Strömungsgeschwindigkeiten an Kanten o. ä., wo es durch Strömungsabriß wieder zu Kavitationserscheinungen kommen könnte. Die einander zugewandten horizontalen Berührflächen 56 und 58 von Ausweichkolben 26 und Erhebung 42 sind beispielsweise plan ausgeführt, wodurch des Aufsetzen des Ausweichkolbens 26 auf der Anlagefläche 56 ebenfalls bedämpft wird. In einer bevorzugten Weiterbildung sind die horizontalen Berührflächen 56, 58 jedoch als rauhe Oberflächen oder mit radial ausgerichteten Kanälen ausgeführt. Dies ermöglicht ein leichteres Ein- und Ausströmen des Kraftstoffes in bzw. aus den äußeren Bereichen des ersten und zweiten Raumes 44, 46 bei einer axialen Bewegung des Ausweichkolbens 26 in der unmittelbaren Nähe der Endlagen. Die Einschnürung 40 weist optional zusätzlich Ausnehmungen 70 auf. Hierdurch variiert der Abstand zwischen Einschnürung 40 und Erhebung 42 während der Bewegung des Ausweichkolbens 26 derart, daß sich unterschiedliche Strömungsquerschnitte ausbilden, die einen gewünschten Bewegungsverlauf des Ausweichkolbens 26 erzeugen.

Fig. 3 und 4 zeigen eine zweite bevorzugte Ausführungsform für die erfindungsgemäß vorgesehenen Dämpfungsmittel. Diese umfassen einen an einem mittleren Bereich des Ausweichkolbens 26 angeordneten Nasenring 60 und eine in der Innenwandung 36 des Gehäuses 38 ausgebildete Nut 62. Die Nut 62 ist dabei derart ausgebildet, daß der Nasenring 60 in diese hinein ragt und bei axialer Bewegung des Ausweichkolbens 26 einen ausreichenden axialen Freigang aufweist. Der Nasenring 60 pumpt Kraftstoff durch einen geringen Querschnitt zwischen diesem und der Innenwandung 36 in der Nut 62. Bei der Abwärtsbewegung pumpt der Nasenring 60 Kraftstoff nach oben. Die Form bzw. die Kontur der Innenwandung 36 innerhalb der Nut 62 bestimmt die maximale Geschwindigkeit sowie die Beschleunigungen bei Erreichen der Endlagen. In Fig. 3 ist hierbei die obere Endlage und in Fig. 4 die untere Endlage des Ausweichkolbens 26 dargestellt. Der bedämpfte Ausweichkolben 26 ist zweckmäßigerweise mindestens so hoch wie das Zweifache des zurückzulegenden Weges im Federraum 28 plus die Höhe des Nasenringes 60. Hierdurch ist sichergestellt, daß der neu hinzugekommene "Pumpenraum" stets durch die Führungsfläche des Ausweichkolbens 26 gegen die anderen Räume 30 bzw. 28 getrennt ist. Es kann dadurch keinen Kraftstoffmangel ober- oder unterhalb des Nasenringes 60 geben (keine Kavitation), da das Volumen des Pumpraumes stets gleich bleibt. Über den Querschnitt des Pumpraumes in der Nut 62 wird die Bewegungsdämpfung des Ausweichkolbens 26 eingestellt. Es ist dabei zweckmäßigerweise vorgesehen, daß der Strömungsquerschnitt im Bereich der Endlagen des Ausweichkolbens 26 kleiner wird, so daß ein kontrolliertes Abbremsen des Ausweichkolbens 26 in den Endbereichen erfolgt, d. h. ein Aufschlagen des Ausweichkolbens 26 am Gehäuse 38 ist vermieden. Im mittleren Bereich der Bewegung des Ausweichkolbens 26 zwischen den Endlagen ist eine höhere Geschwindigkeit möglich, weshalb der Strömungsquerschnitt innerhalb der Nut 62 hier größer ist. Es ist jedoch immer so viel Dämpfung vorhanden, daß eine Kavitationsbildung während der Absteuerung vermieden wird. Die optimale Form des Pumpraumes innerhalb der Nut 62 wird zweckmäßigerweise an die jeweilige Konstruktion des Pumpe-Düse-Elementes bzw. des Ausweichkolbens 26 angepaßt.

Es kommt bei dieser zweiten Ausführungsform dasselbe Wirkprinzip wie bei der ersten Ausführungsform zum Tragen, wobei lediglich die Geometrie invertiert ist.

Fig. 5(a) bis 5(e) veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform für die Kontur der Innenwandung 36 in der Nut 62. In den Fig. 5(a)-5(c) bewegt sich der Ausweichkolben 26 abwärts und in den Fig. 5(d)-5(e) bewegt sich der Ausweichkolben 26 aufwärts, wie jeweils mit einem entsprechenden Pfeil angedeutet. Im Bereich der oberen Anlage des Ausweichkolbens 26 (Bild 5(a), Zustand vor Ende der Voreinspritzung) ist ein relativ großer Strömungsquerschnitt um den Nasenring 60 herum vorgesehen, um ein zügiges "Loslaufen" des Ausweichkolbens 26 zum Schließen der Düsennadel (Ende der Voreinspritzung) zu erreichen. Danach verjüngt sich der Querschnitt, was für die spätere Aufwärtsbewegung von Bedeutung ist. Der folgende Querschnitt (Fig. 5(b)) ist so gewählt, daß der Ausweichkolben 26 sowohl bei der Abwärts- als auch bei der Aufwärtsbewegung eine maximale Geschwindigkeit erreicht, ohne dabei Kavitation zu erzeugen. Um das Aufsetzen in der unteren Lage abzufangen, verjüngt sich kurz vor Ende der Abwärtsbewegung wieder der Querschnitt (Fig. 5(c)). Bei der Aufwärtsbewegung ist es grundsätzlich ähnlich (vgl. Fig. 5(a) und 5(d)). Damit zum Ende der Haupteinspritzung der Ausweichkolben 26 ebenfalls sanft in die Endposition gleitet, ist die obere Querschnittsverjüngung zum Abbremsen des Ausweichkolbens 26 realisiert (vgl. Fig. 5(e)). Diese Variante der Bedämpfung des Ausweichkolbens 26 dient sowohl der Vermeidung von Kavitation als auch der Begrenzung der maximal möglichen kinetischen Energie bzw. des Impulses des Ausweichkolbens 26.

Bei der dritten bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 6 erfolgt eine Massen- und Volumenerhöhung des Ausweichkolbens 26 mittels einer zylindrischen Verlängerung 64, welche sich in den Federraum 28 hinein erstreckt. Dabei kann ein zusätzlicher Dämpfungseffekt erzielt werden, wenn der Ausweichkolben bzw. die zylindrische Verlängerung 64 an den einzelnen Federwindungen reibt. Gleichzeitig kann dabei realisiert werden, daß die einzelnen Federwindungen der Düsennadelfeder 24 am Gehäuse 38 des Pumpe-Düse-Elementes reiben. D. h. die einzelnen Federwindungen befinden sich im Reibschluß mit dem Gehäuse 38 nach außen und der Verlängerung 64 des Ausweichkolbens 26 nach innen. Dabei entsteht zwischen den Federwindungen ein spiralförmiger Flüssigkeitskanal 66. Bei Stauchung oder Streckung der Düsennadelfeder 24 ändert sich das Volumen dieses Flüssigkeitskanals 66. Das zwangsläufige Aus- und Einströmen des Kraftstoffes aus dem Flüssigkeitskanal 66 heraus oder in diesen hinein erzeugt zusätzliche Dämpfung. Durch die sich ergebende Massenerhöhung durch die zylindrische Verlängerung 64 erhöht sich entsprechend das Trägheitsverhalten des Ausweichkolbens 26, was seine Endgeschwindigkeit erniedrigt. Durch Begrenzung der Maximalgeschwindigkeit wird die Kavitationsbildung vermieden. Die Masse des Ausweichkolbens 26 kann sowohl durch diese Vergrößerung des Volumens als auch durch Erhöhung der Dichte des Werkstoffes, aus dem der Ausweichkolben 26 hergestellt ist, oder durch beides erzielt werden.

Fig. 7 veranschaulicht eine vierte bevorzugte Ausführungsform der Dämpfungsmittel für den Ausweichkolben 26. Hierbei sind zwei gewellte Federscheiben 68 in den Endlagen derart angeordnet, daß der Ausweichkolben 26 jeweils an diesen Federscheiben 68 anschlägt. Diese Federscheiben bremsen den Ausweichkolben 26 vor Erreichen seiner Endlage ab und verhindern so die Impulseinleitung in das Gehäuse 38.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die vier zuletzt im Detail anhand der Fig. 3 bis 7 erläuterten Varianten auch miteinander kombiniert werden können.

Bei dem in der Fig. 8 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel begrenzt der Ausweichkolben 26 mit seiner dem Federraum 28 abgewandten Stirnfläche 72 einen Steuerdruckraum 74 innerhalb des Gehäuses 38. Dieser im Durchgang zwischen dem Federraum 28 und dem Hochdruckraum 30 angeordnete Steuerdruckraum 74 ist dabei über einen Drosselquerschnitt 76 hydraulisch mit dem Hochdruckraum 30 verbunden und durch die Führung des Ausweichkolbens 28 an dessen Umfang gegenüber dem Federraum 28 verschlossen.

Zudem ist eine Bypassleitung 78 zur Drossel 76 vorgesehen, die vom Hochdruckraum 30 abführend in den Steuerdruckraum 74 mündet und in der ein in Richtung Steuerdruckraum 74 öffnendes Rückschlagventil 80 angeordnet ist.

Am druckraumseitigen Ende des Ausweichkolbens 26 weist dieser einen zylindrischen Fortsatz auf, der einen Steuerkolben 82 bildet. Dieser Steuerkolben 82 weist dabei eine an einem Absatz gebildete Steuerkante 84 auf, die mit einer Eintrittsöffnung, vorzugsweise einem durch eine Ringnut gebildeten Eintrittsquerschnitt 86 der Bypassleitung 78 in den Steuerdruckraum 74 zusammenwirkt. Dabei sind Steuerkolben 82 und Steuerkante 84 so ausgebildet, daß sie den Eintrittsquerschnitt 86 während der abwärts gerichteten Hubbewegung des Ausweichkolbens 26 verschließen, vorzugsweise bevor dieser seinen Hubanschlag 88 erreicht. Dabei sind am Steuerkolben 82 Durchgangsöffnungen 90 vorgesehen, die einen Druckmittel­ vorzugsweise Kraftstoffdurchfluß durch den Steuerkolben 82 in den Steuerdruckraum 74 ermöglichen. Der Querschnitt dieser Durchgangsöffnungen 90 ist dabei größer als der Drosselquerschnitt 76.

Das in der Fig. 8 gezeigte fünfte Ausführungsbeispiel arbeitet in folgender Weise.

Bei der Abwärtsbewegung des Ausweichkolbens 26 in Richtung Federraum 28 strömt über die Drossel 76 und Durchgangsöffnungen 90 Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 30 in den Steuerdruckraum 74. Gleichzeitig strömt Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 30 über das geöffnete Rückschlagventil 80, die Bypassleitung 78 und den ringförmigen Eintrittsquerschnitt 86 in den Steuerdruckraum 74. Am Ausweichkolben 26 wird bei ausreichendem Druck im Steuerdruckraum 74 die Hubbewegung nach unten in Richtung Federraum 28 eingeleitet. Während dieser Hubbewegung verengt der Steuerkolben 82 den Eintrittsquerschnitt 86 und verschließt diesen nach Überfahren der Steuerkante 84 vollständig, so daß der Zulauf über die Bypassleitung 78 verschlossen ist. In diesem Stadium der Hubbewegung des Ausweichkolbens 26 ist die in der Fig. 8 nicht gezeigte Düsennadel 22 aufgrund der erhöhten Federkraft der Düsennadelfeder 24 bereits wieder auf ihren Sitz zurückgekehrt und das Einspritzventil ist geschlossen (Ende der Voreinspritzung). Da nach dem Schließen der Bypassleitung 78 der Kraftstoff nur noch über die Drossel 76 in den Steuerdruckraum 74 nachströmen kann, ist der für die weitere Hubbewegung des Ausweichkolbens 26 notwendige weitere Druckanstieg dabei derart verzögert, daß der Ausweichkolben 26 mit einer deutlich reduzierten Geschwindigkeit gegen seinen unteren Hubanschlag 88 läuft.

Bei der in Richtung Hochdruckraum 30 gerichteten Aufwärtsbewegung des Ausweichkolbens 26 entspannt sich zunächst der Kraftstoffhochdruck im Hochdruckraum 30 infolge des Öffnens des Magnetventils 18 schlagartig in den Kraftstoffrücklauf 34. Wegen der nunmehr fehlenden Druckkraft von oben, beginnt der Ausweichkolben 26 mit seiner von der Düsennadelfeder 24 bewirkten Aufwärtsbewegung, wobei er den Kraftstoff aus dem Steuerdruckraum 74 in den Hochdruckraum 30 verdrängen muß. Da das Rückschlagventil 80 die Bypassleitung 78 in dieser Strömungsrichtung verschließt, kann auch bei der Freigabe des Eintrittsquerschnittes 86 der Bypassleitung 78 der Kraftstoff nur über die Drossel 76 aus dem Steuerdruckraum 74 ausströmen.

Die Aufwärtshubbewegung des Ausweichkolbens 26 läßt sich dabei über den Querschnitt der Drossel 76 so einstellen, daß weder Kavitation im Federraum 28 noch ein störendes Anschlagen des Ausweichkolbens 26 an seinen oberen Anschlag erfolgt, wobei gewährleistet sein muß, daß der Ausweichkolben 26 vor dem nächsten Einspritzbeginn seine obere Ausgangslage wieder erreicht hat.

Sollte die Zeit für die Aufwärtsbewegung des Ausweichkolbens 26 unter ungüstigsten Bedingungen bei Einhaltung einer notwendigen Dämpfung nicht ausreichen, um bis zur nächsten Einspritzung die Ausgangsposition des Ausweichkolbens 26 zu erreichen, so läßt sich ein vergleichbares System von Rückschlagventil und Bypassleitung mit Kolbenkantensteuerung auch für die Aufwärtsbewegung vorsehen. Alternativ könnte auch auf das Rückschlagventil 80 verzichtet werden, wobei dann jedoch ein härteres Anschlagen des Ausweichkolbens 26 an den Hubanschlag 88 in Kauf genommen werden müßte.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

Einspritznocken

12

Rollenkipphebel

14

Pumpenkolben

16

Pumpenfeder

18

Ventil für Pumpe-Düse

19

Magnetventilnadel

20

Magnetventilfeder

22

Düsennadel

24

Düsennadelfeder

26

Ausweichkolben

28

Federraum

30

Hochdruckraum

32

Kraftstoffvorlauf

34

Kraftstoffrücklauf

36

Innenwandung

38

Gehäuse

39

Kreis

40

Einschnürung

42

Erhebung oder Ausbauchung

44

erster Raum

46

zweiter Raum

48

dritter Raum

50

Kolbenabschnitt oberhalb der Einschnürung

52

Kolbenabschnitt unterhalb der Einschnürung

54

Kontur

56

horizontalen Berührfläche Ausweichkolben

58

horizontalen Berührfläche Erhebung Innenwandung

60

Nasenring

62

Nut

64

zylindrische Verlängerung

66

spiralförmiger Flüssigkeitskanal

68

gewellte Federscheiben

70

Ausnehmungen

72

Ausweichkolbenfläche

74

Steuerdruckraum

76

Drosselquerschnitt

78

Bypassleitung

80

Rückschlagventil

82

Steuerkolben

84

Steuerkante

86

Eintrittsquerschnitt

88

Hubanschlag

90

Durchgangsöffnung

Claims (19)

1. Kraftstoffeinspritzdüse, insbesondere Pumpe-Düse-Element, für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer von einer Düsennadelfeder (24) in Schließrichtung mit Kraft beaufschlagten Düsennadel (22), einem Druckraum (30), welcher stromauf eines Sitzes der Düsennadel (22) angeordnet ist und einem Ausweichkolben (26), welcher an einem von der Düsennadel (22) abgewandten Ende der Düsennadelfeder (24) angeordnet ist und einen zwischen Düsennadel (22) und Ausweichkolben (26) angeordneten Federraum (28) begrenzt, wobei der Ausweichkolben (26) in einem Gehäuse (38) der Kraftstoffeinspritzdüse derart axial beweglich gelagert ist, daß er eine Vorspannung der Düsennadelfeder (24) und damit eine auf die Düsennadel (22) einwirkende Schließkraft variiert, dadurch gekennzeichnet, daß Dämpfungsmittel vorgesehen sind, welche derart ausgebildet sind, daß die Bewegung des Ausweichkolbens (26) kavitationsfrei erfolgt.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel derart ausgebildet sind, daß diese die Bewegung des Ausweichkolbens (26) mit zunehmender Annäherung an entsprechende Endlagen desselben zunehmend bedämpfen.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel derart ausgebildet sind, daß diese eine maximale Geschwindigkeit des Ausweichkolbens (26) begrenzen.

4. Kraftstoffeinspritzdüse nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel am Umfang des Ausweichkolbens (26) und an einer diesen umgebenden Innenwandung (36) des Gehäuses (38) ausgebildet sind.

5. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausweichkolben (26) in einem mittleren Abschnitt eine Einschnürung (40) und die Innenwandung (36) des Gehäuses (38) eine entsprechende in die Einschnürung (40) ragende Erhebung (42) aufweist, wobei der Ausweichkolben (26) im Bereich der Einschnürung (40) einen vorbestimmten Abstand von der Innenwandung (36) aufweist und im übrigen Bereich dichtend an der Innenwandung (36) anliegt.

6. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung an den Erhebungen zugewandten Flächen eine Ausnehmung aufweist.

7. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontur (54) der Innenwandung (36) im Bereich der Einschnürung (40) rund ausgebildet ist.

8. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß einander zugewandte und in Endlagen des Ausweichkolbens (26) aneinander anschlagende Flächen (56, 58) von Ausweichkolben (26) und Innenwandung (36) im Bereich der Einschnürung (40) als rauhe Oberflächen oder mit radial ausgerichteten Kanälen ausgebildet sind.

9. Kraftstoffeinspritzdüse nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausweichkolben (26) in einem mittleren Abschnitt einen Nasenring (60) und die Innenwandung (36) eine Nut (62) aufweist, wobei der Nasenring (60) in die Nut (62) greift und diese derart ausgebildet ist, daß die Nut (62) bei der axialen Bewegung des Ausweichkolbens (26) einen ausreichenden Freigang für den Nasenring (60) in axialer Richtung aufweist.

10. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (62) derart ausgebildet ist, daß zwischen Nasenring (60) und Innenwandung (36) der Nut (62) ein Strömungsquerschnitt ausgebildet ist, welcher sich in Richtung der Endlagen des Ausweichkolbens (26) verringert.

11. Kraftstoffeinspritzdüse nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel eine sich in Richtung des Federraums (28) erstreckende Verlängerung (64) umfassen, welche dichtend an der Düsennadelfeder (24) anliegt und diese ferner dichtend an eine Innenwandung (36) des Gehäuses (38) andrückt.

12. Kraftstoffeinspritzdüse nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel im Bereich von Endlagen des Ausweichkolbens angeordnete Federscheiben (68) umfassen, gegen die entsprechende Kanten des Ausweichkolbens (26) anschlagen.

13. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausweichkolben (26) mit wenigstens einer dem Federraum (28) abgewandten Fläche (72) einen Steuerdruckraum (74) begrenzt, der über wenigstens eine als Drosselquerschnitt (76) ausgebildete Durchströmöffnung mit dem Druckraum (30) verbunden ist.

14. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere, als Bypassleitung (78) zum Drosselquerschnitt (76) ausgebildete Durchströmöffnung zwischen dem Druckraum (30) und dem Steuerdruckraum (74) vorgesehen ist.

15. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassleitung (78) ein in Richtung Steuerdruckraum (74) öffnendes Ventil, vorzugsweise ein Rückschlagventil (80) aufweist.

16. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassleitung (78) während der Hubbewegung des Ausweichkolbens (26) zusteuerbar ist.

17. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausweichkolben (26) an seinem dem Federraum (28) abgewandten Ende einen in den Steuerdruckraum (74) hineinragenden Steuerkolben (82) aufweist, der mit wenigstens einer unteren Steuerkante (84) einen Eintrittsquerschnitt (86) der Bypassleitung (78) in den Steuerdruckraum (74) während der Hubbewegung des Ausweichkolbens (26) verschließt.

18. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (82) die Bypassleitung (78) verschließt, bevor der Ausweichkolben (26) seinen unteren Hubanschlag (88) erreicht.

19. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkolben (82) wenigstens eine Durchgangsöffnung (90) vorgesehen ist, die einen dem Druckraum (30) zugewandten ersten Teil des Steuerdruckraumes (74) mit einem dem Federraum (28) zugewandten zweiten Teil des Steuerdruckraumes (74) verbindet.