DE10343998A1

DE10343998A1 - Einspritzdüse

Info

Publication number: DE10343998A1
Application number: DE10343998A
Authority: DE
Inventors: Michael Kurz; Joachim Boltz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-09-23
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2005-04-14
Also published as: EP1519032A1; US20050089426A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse (1) für eine Brennkraftmaschine, mit einer ersten Düsennadel (7) zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung durch wenigstens ein erstes Spritzloch (5), mit einer zweiten Düsennadel (19) zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung durch wenigstens ein zweites Spritzloch (6), mit einem ersten Steuerraum (28), in dem eine mit der zweiten Düsennadel (19) antriebsgekoppelte erste Steuerfläche (29) zur Einleitung von Schließkräften angeordnet ist, und mit einer Steuerleitung (31) zur Steuerung des Drucks im ersten Steuerraum (28). DOLLAR A Besonders exakte Einspritzendzeitpunkte lassen sich erreichen, wenn im ersten Steuerraum (28) eine mit der ersten Düsennadel (7) antriebsgekoppelte zweite Steuerfläche (30) angeordnet ist, ein erster Kopplungspfad (39) den ersten Steuerraum (28) direkt oder indirekt mit einer Druckquelle (37) verbindet, ein zweiter Kopplungspfad (43) den ersten Steuerraum (28) direkt oder indirekt mit der Druckquelle (37) verbindet und der zweite Kopplungspfad (43) in Abhängigkeit des Hubs der ersten Düsennadel (7) so gesteuert ist, dass er ab einem Vorhub (48) der ersten Düsennadel (7) gesperrt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine derartige Einspritzdüse ist beispielsweise aus der DE 100 58 153 A1 bekannt und besitzt einen Düsenkörper, der zumindest eines erstes Spritzloch und zumindest ein zweites Spritzloch aufweist und eine erste Düsennadel sowie eine zweite Düsennadel enthält. Die erste Düsennadel ist als Hohlnadel ausgebildet und die zweite Düsennadel ist koaxial zur ersten Düsennadel in der ersten Düsennadel angeordnet. Mit Hilfe der ersten Düsennadel kann die Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine erste Spritzloch gesteuert werden, während die zweite Düsennadel zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine zweite Spritzloch dient. Der Düsenkörper enthält einen ersten Steuerraum, in dem eine erste Steuerfläche angeordnet ist. Diese erste Steuerfläche ist mit der zweiten Düsennadel antriebsgekoppelt und so orientiert, dass ein im ersten Steuerraum herrschender Druck an der ersten Steuerfläche Druckkräfte erzeugt, die in die zweite Düsennadel Schließkräfte einleiten. Mit diesem ersten Steuerraum kommuniziert eine Steuerleitung, mit der der Druck im ersten Steuerraum steuerbar ist.

Bei der bekannten Einspritzdüse enthält der Düsenkörper außerdem einen Druckraum, an den eine Kraftstoffversorgungsleitung angeschlossen ist. In diesem Druckraum besitzt die erste Düsennadel zumindest eine Druckstufe, die bei einer Druckbeaufschlagung des Druckraums Öffnungskräfte in die erste Düsennadel einleitet. Sofern in der Kraftstoffversorgungsleitung ein niedriger Druck herrscht, überwiegen an der ersten Düsennadel Schließkräfte, die von einer entsprechenden Schließfeder erzeugt werden. Zum Öffnen der ersten Düsennadel wird in der Kraftstoffversorgungsleitung ein Hochdruck erzeugt, der in der ersten Düsennadel über deren Druckstufe hinreichend große Öffnungskräfte erzeugt. Die erste Düsennadel wird somit direkt durch den an ihrer Druckstufe anliegenden Druck gesteuert, so dass die erste Düsennadel druckgesteuert ist.

Auch die zweite Düsennadel ist mit einer Druckstufe ausgestattet, die allerdings nur bei geöffneter erster Düsennadel mit dem Hochdruck beaufschlagt wird und in Öffnungsrichtung der zweiten Düsennadel wirksame Kräfte erzeugen kann. Solange im ersten Steuerraum ein entsprechender Hochdruck herrscht, überwiegen in der zweiten Düsennadel die Schließkräfte. Wenn nun bei geöffneter erster Düsennadel über die Steuerleitung der Druck im ersten Steuerraum abgesenkt wird, überwiegen an der zweiten Düsennadel die Öffnungskräfte. Die zweite Düsennadel wird somit nicht direkt durch den an ihrer Druckstufe anliegenden Druck gesteuert, sondern indirekt über den Druck im ersten Steuerraum. Dementsprechend ist die zweite Düsennadel hier servogesteuert.

Damit die zweite Düsennadel schnell öffnen kann, fällt der Druck im ersten Steuerraum entsprechend rasch ab. Hierdurch erhält die zweite Düsennadel eine relativ hohe Hubgeschwindigkeit. Bei bestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine ist es erforderlich, die Einspritzung bereits kurz nach dem Öffnen der zweiten Düsennadel wieder zu beenden. Hierbei können Konstellationen entstehen, bei welcher die zweite Düsennadel zu früh schließt, wenn sie beispielsweise aufgrund ihrer hohen Hubgeschwindigkeit von einem den maximalen Öffnungshub der zweiten Düsennadel begrenzenden Anschlag zurückprellt. Zur Erzielung optimaler Emissions- und Leistungswerte für die Brennkraftmaschine ist es jedoch erforderlich, die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einspritzdüse möglichst exakt vorgeben zu können.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass sich beim Öffnen der zweiten Düsennadel für diese eine kleinere Hubgeschwindigkeit einstellt, so dass ein Prellen der zweiten Düsennadel nicht oder nur noch reduziert auftritt. Hierdurch kann das Einspritzende für die Kraftstoffeinspritzung durch das wenigstens eine zweite Spritzloch bzw. durch sämtliche Spritzlöcher mit einer höheren Genauigkeit vorgegeben werden. Erreicht wird dies bei der Erfindung dadurch, dass der erste Steuerraum über einen ersten Kopplungspfad direkt oder indirekt mit einer geeigneten Druckquelle kommunizierend verbunden ist. Dadurch kann der Druck im Steuerraum nicht so stark abfallen, da über den ersten Kopplungspfad permanent Hydraulikfluid, insbesondere Kraftstoff, nachströmt. Von besonderer Bedeutung ist bei der vorliegenden Erfindung außerdem, dass nunmehr beide Düsennadeln servogesteuert sind. Zu diesem Zweck ist eine zweite Steuerfläche vorgesehen, die an der ersten Düsennadel ausgebildet oder mit dieser antriebsgekoppelt ist und die im ersten Steuerraum angeordnet und dort mit einem in Schließrichtung der ersten Düsennadel wirkenden Druck beaufschlagbar ist. Der Druck im ersten Steuerraum steuert somit sowohl die erste Düsennadel als auch die zweite Düsennadel. Besondere Bedeutung kommt hierbei einem zweiten Kopplungspfad zu, der ebenfalls den ersten Steuerraum mit der Druckquelle kommunizierend verbindet und der in Abhängigkeit des Hubs der ersten Düsennadel gesteuert ist. Die Steuerung des zweiten Kopplungspfads ist dabei so gestaltet, dass der zweite Kopplungspfad ausgehend von der Schließstellung der ersten Düsennadel bis zu einem vorbestimmten Vorhub der ersten Düsennadel offen ist und ab einem über den Vorhub hinausgehenden Hub der ersten Düsennadel gesperrt ist. Aufgrund dieser Bauweise wird der erste Steuerraum beim Öffnen der ersten Düsennadel bis zum Erreichen des Vorhubs sowohl durch den ersten Kopplungspfad als auch durch den zweiten Kopplungspfad mit nachströmendem Hydraulikfluid versorgt. Ab dem Vorhub, also bei gesperrtem zweiten Kopplungspfad erfolgt die Versorgung des ersten Steuerraums mit Hydraulikfluid nur noch über den ersten Kopplungspfad. Dies hat zur Folge, dass der Druck im ersten Steuerraum beim Öffnen der mit dem ersten Steuerraum verbundenen Steuerleitung zunächst auf einen ersten Wert abfällt und bei Erreichen des Vorhubs auf einen zweiten Wert abfällt, der kleiner ist als der erste Wert. Diese Druckwerte lassen sich so auslegen, dass beim ersten Druckwert nur die erste Düsennadel öffnet und beim zweiten Druckwert zusätzlich auch die zweite Düsennadel öffnet. Der Realisierungsaufwand für die Servosteuerung beider Düsennadeln ist dadurch vergleichsweise gering.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.

Zeichnung
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt einen stark vereinfachten Längsschnitt durch eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Einspritzdüse.
Beschreibung der Ausführunsgbeispiele
Entsprechend 1 besitzt eine erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 einen Düsenkörper 2, der mit einer Düsenspitze 3 in einen Brennraum 4 oder in einen Gemischbildungsraum 4 einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, hineinragt. Im Bereich der Düsenspitze 3 enthält der Düsenkörper 2 wenigstens ein ersten Spritzloch 5 sowie wenigstens ein zweites Spritzloch 6. Üblicherweise sind mehrere erste Spritzlöcher 5 vorgesehen, die insbesondere ringförmig angeordnet sind. In entsprechender Weise können auch mehrere zweite Spritzlöcher 6 vorgesehen sein, die ebenfalls zweckmäßig ringförmig angeordnet sind.
Im Düsenkörper 2 ist eine erste Düsennadel 7 hubverstellbar gelagert. Zu diesem Zweck enthält der Düsenkörper 2 eine erste Nadelführung 8, die einen ersten Führungsquerschnitt 9 aufweist. Die erste Düsennadel 7 sitzt in der hier gezeigten Schließstellung in einem ersten Sitz 10, der einen ersten Sitzquerschnitt 11 aufweist. Die erste Düsennadel 7 ist mit wenigstens einer Druckstufe 12 ausgestattet, die den Spritzlöchern 5, 6 zugewandt ist. Diese Druckstufe 12 ist dadurch ausgebildet, dass der erste Führungsquerschnitt 9 größer ist als der erste Sitzquerschnitt 11.
An der vom ersten Sitz 10 abgewandte Seite ist die erste Düsennadel 7 an einem Übertragungskörper 13 abgestützt, der hier eine scheibenförmige oder hülsenförmige Gestalt besitzt. Der Übertragungskörper 13 ist an einer von der Düsennadel 7 abgewandten Seite seinerseits an einer Kopplungshülse 14 abgestützt. Die erste Düsennadel 7, der Übertragungskörper 13 und die Kopplungshülse 14 bilden hier einen ersten Nadelverband 15, der als Einheit hubverstellbar im Düsenkörper 2 gelagert ist. Da im Betrieb der Einspritzdüse 1 zwischen den einzelnen Komponenten des ersten Nadelverbands 15, also zwischen erster Düsennadel 7, Übertragungskörper 13 und Kopplungshülse 14, ausschließlich Druckkräfte übertragen werden, können die einzelnen Komponenten 7, 13, 14 des ersten Nadelverbands 15 quasi lose aneinander anliegen. Ebenso ist es möglich, die einzelnen Komponenten 7, 13, 14 aneinander zu befestigen.
Ebenso ist es möglich, zumindest zwei der Komponenten, z. B. den Übertragungskörper 13 und die Kopplungshülse 14 zu einem einstückigen Bauteil zusammenzufassen.
Der ersten Düsennadel 7 ist eine Rückstellfeder 16 zugeordnet, über welche der erste Nadelverband 15 am Düsenkörper 2 abgestützt ist. Die Rückstellfeder 16 kann dabei eine in der durch einen Pfeil 17 symbolisierten Schließrichtung wirksame Rückstellkraft in die erste Düsennadel 7 einleiten. Die Öffnungsrichtung ist in entsprechender Weise durch einen Pfeil 18 dargestellt. Die Rückstellfeder 16 stützt sich hierbei am Übertragungskörper 13 ab, der die Rückstellkräfte 13 somit auf die erste Düsennadel 7 überträgt.
Die erste Düsennadel 7 ist als Hohlnadel ausgebildet und dient in ihrem Inneren zur Lagerung einer zweiten Düsennadel 19, die koaxial zur ersten Düsennadel 7 angeordnet ist. Dementsprechend enthält die erste Düsennadel 7 eine zweite Nadelführung 20, die einen zweiten Führungsquerschnitt 21 besitzt. Die zweite Düsennadel 19 sitzt bei der hier gezeigten Schließstellung in einem zweiten Sitz 22, der zwischen dem wenigstens einen ersten Spritzloch 5 und dem wenigstens einen zweiten Spritzloch 6 angeordnet ist und einen zweiten Sitzquerschnitt 23 aufweist. Entsprechend der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform kann es zweckmäßig sein, auch die zweite Düsennadel 19 mit wenigstens einer Druckstufe 24 auszustatten, die den Spritzlöchern 5, 6 zugewandt ist. In entsprechender Weise wird diese Druckstufe 24 dadurch ausgebildet, dass der zweite Sitzquerschnitt 23 kleiner ist als der zweite Führungsquerschnitt 21.
An einer von den Spritzlöchern 5, 6 abgewandten Seite ist die zweite Düsennadel 19 an einem Übertragungsbolzen 25 abgestützt, der seinerseits an einer Kopplungsstange 26 abgestützt ist. Die zweite Düsennadel 19, der Übertragungsbolzen 25 und die Kopplungsstange 26 bilden wieder eine gemeinsam hubverstellbare Einheit, also einen zweiten Nadelverband 27. Sofern im üblichen Betrieb der Einspritzdüse 1 innerhalb des zweiten Nadelverbands 27 ausschließlich Druckkräfte auftreten, können auch hier die Mitglieder des zweiten Nadelverbands 27, also die zweite Düsennadel 19, der Übertragungsbolzen 25 und die Kopplungsstange 26, lose aneinander anliegen. Dabei kann es auch hier zweckmäßig sein, zumindest zwei der Komponenten 19, 25, 26 aneinander zu befestigen bzw. als einstückiges Bauteil herzustellen.
Der Düsenkörper 2 enthält außerdem einen ersten Steuerraum 28, in dem eine erste Steuerfläche 29 sowie eine zweite Steuerfläche 30 angeordnet sind. Die erste Steuerfläche 29 ist ein Bestandteil des zweiten Nadelverbands 27 und ist hier an der Kopplungsstange 26 ausgebildet. Bei einer anderen Ausführungsform kann die erste Steuerfläche 29 auch direkt an der ersten Düsennadel 19 ausgebildet sein. Die erste Steuerfläche 29 ist von den Spritzlöchern 5, 6 abgewandt, sodass eine Druckbeaufschlagung der ersten Steuerfläche 29 eine in die Schließrichtung 17 wirkende Kraft auf den zweiten Nadelverband 27 überträgt und somit in die zweite Düsennadel 19 einleitet. Im Unterschied dazu ist die zweite Steuerfläche 30 am ersten Nadelverband 15 ausgebildet und ebenfalls von den Spritzlöchern 5, 6 abgewandt. Dementsprechend führt eine Druckbeaufschlagung der zweiten Steuerfläche 30 zur Einleitung einer in Schließrichtung 17 wirksamen Kraft in den ersten Nadelverband 15 und somit in die erste Düsennadel 7.
Der erste Steuerraum 28 kommuniziert mit einer Steuerleitung 31, mit deren Hilfe der Druck im ersten Steuerraum 28 steuerbar ist. Bei der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist diese Steuerleitung 31 als Ablaufleitung ausgebildet, sodass sie im Folgenden auch als Ablaufleitung 31 bezeichnet wird. Die Ablaufleitung 31 enthält hier ein Steuerventil 32, das zwei Anschlüsse und zwei Schaltstellungen besitzt und dementsprechend nach Art eines 2/2-Wege-Ventils ausgebildet sein kann. In der hier gezeigten ersten Schaltstellung ist die Ablaufleitung 31 gesperrt (Sperrzustand). In der anderen Schaltstellung ist die Ablaufleitung 31 mit einer Rücklaufleitung 33 verbunden, die zu einem nicht mehr dargestellten Rücklauf 34 führt, der relativ drucklos ist und insoweit eine Drucksenke 34 bildet (Offenzustand). Beispielsweise handelt es sich beim Rücklauf bzw. bei der Drucksenke 34 um ein Reservoir, insbesondere um einen Kraftstofftank.
Des Weiteren enthält der Düsenkörper 2 einen zweiten Steuerraum 35, der über eine Zulaufleitung 36 an eine Druckquelle 37 angeschlossen ist. Bei dieser Druckquelle 37 handelt es sich beispielsweise um eine Kraftstoffhochdruckleitung, die zur Versorgung des Einspritzventils 1 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff dient. Üblicherweise versorgt die Kraftstoffhochdruckleitung 37 mehrere derartige Einspritzventile 1 gleichzeitig mit Kraftstoff, sog. „Common-Rail-Prinzip". Diese gemeinsame Kraftstoffhochdruckleitung 37 wird dann von einer gemeinsamen, nicht gezeigten Kraftstoffhochdruckpumpe gespeist. Alternativ ist es ebenso möglich, für jede Einspritzdüse 1 eine eigene Kraftstoffhochdruckleitung 37 und/oder eine eigene Kraftstoffhochdruckpumpe vorzusehen.
Im zweiten Steuerraum 35 ist eine dritte Steuerfläche 38 angeordnet und dem im zweiten Steuerraum 35 herrschenden Druck ausgesetzt. Die dritte Steuerfläche 38 ist ebenfalls von den Spritzlöchern 5, 6 abgewandt und am ersten Nadelverband 15 ausgebildet. Der an der dritten Steuerfläche 38 angreifende Druck leitet somit eine in der Schließrichtung 17 wirkende Kraft in den ersten Nadelverband 15 und somit in die erste Düsennadel 7 ein.
Erfindungsgemäß ist nun ein erster Kopplungspfad 39 vorgesehen, der den ersten Steuerraum 28 direkt oder indirekt mit der Druckquelle 37 (Kraftstoffhochdruckleitung) verbindet. Bei der hier gezeigten, speziellen Ausführungsform umfasst dieser erste Kopplungspfad 39 zumindest eine Querbohrung 40, die einen zylindrischen Abschnitt 41 des ersten Nadelverbands 15, hier der Kopplungshülse 14, radial durchdringt. Die Positionierung der Querbohrung 40 ist dabei so gewählt, dass sie zum zweiten Steuerraum 35 hin offen ist. Zusätzlich ist radial zwischen dem ersten Nadelverband 15 und dem zweiten Nadelverband 27 ein Ringraum 42 ausgebildet, der zum ersten Steuerraum 28 hin offen ist und in den die Querbohrung 40 einmündet. Auf diese Weise wird zwischen den Steuerräumen 28 und 35 durch den Ringraum 42 und die Querbohrung 40 eine kommunizierende Verbindung geschaffen, die außerdem über die Zulaufleitung 36 mit der Kraftstoffhochdruckleitung 37, also mit der Druckquelle 37 kommuniziert. Es ist klar, dass auch mehrere derartige Querbohrungen 40 vorgesehen sein können, die zweckmäßig umfangsmäßig verteilt am Axialabschnitt 41 der Kopplungshülse 14 angeordnet sein können. Der erste Kopplungspfad 39 verbindet hier somit den ersten Steuerraum 38 direkt mit dem zweiten Steuerraum 35 und somit indirekt mit der Druckquelle 37.
Alternativ hierzu könnte der erste Kopplungspfad 39 auch durch eine Leitung gebildet sein, die den ersten Steuerraum 28 direkt mit der Druckquelle 37 oder direkt mit der Zulaufleitung 36 und somit indirekt mit der Druckquelle 37 verbindet. Diese Leitung könnte dann beispielsweise axial in den ersten Steuerraum 28 einmünden.
Darüber hinaus ist ein zweiter Kopplungspfad 43 vorgesehen, der den ersten Steuerraum 28 ebenfalls direkt oder indirekt mit der Druckquelle 37 (Kraftstoffhochdruckleitung) verbindet. Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform umfasst der zweite Kopplungspfad 43 zumindest eine Längsnut 44, die zum ersten Steuerraum 28 hin offen ist und bei geschlossener erster Düsennadel 7 in den zweiten Steuerraum 35 hineinragt. Diese Längsnut 44 ist hier im zylindrischen Abschnitt 41 der Kopplungshülse 14 ausgebildet. Ebenso könnte die Längsnut 44 bei einer entsprechend geformten ersten Düsennadel 7 direkt an der ersten Düsennadel 7 ausgebildet sein. Alternativ ist es ebenso möglich, die Längsnut 44 nicht am ersten Nadelverband 15, sondern am Düsenkörper 2 auszubilden, und zwar in einer den ersten Steuerraum 28 radial begrenzenden Wand 45. Die Längsnut 44 wäre dann zum zweiten Steuerraum 35 hin axial offen und zum ersten Steuerraum 28 hin radial offen. Die Längsnut 44 besitzt ein vom ersten Steuerraum 28 abgewandtes Ende 46. Des Weiteren besitzt der Düsenkörper 2 einen Wandabschnitt 47, der den zweiten Steuerraum 35 axial begrenzt. Dieser Wandabschnitt 47 und das Ende 46 der Längsnut 44 bilden Steuerkanten, die zum Öffnen und Sperren des zweiten Kopplungspfads 43 miteinander zusammenwirken. Auf diese Weise wird eine Steuerung für den zweiten Kopplungspfad 43 in die Einspritzdüse 1 integriert, deren Funktionsweise weiter unten näher erläutert wird. Es ist klar, dass vorzugsweise mehrere derartiger Längsnuten 44 vorgesehen sind, die insbesondere umfangsmäßig verteilt am Axialabschnitt 41 angeordnet sind.
Alternativ hierzu kann der zweite Kopplungspfad 43 beispielsweise auch durch eine Leitung gebildet sein, die direkt an die Druckquelle 37 oder direkt an die Zulaufleitung 36 und somit indirekt an die Druckquelle 37 angeschlossen ist. Diese Leitung könnte dann radial in den ersten Steuerraum 28 einmünden und könnte in Abhängigkeit des Hubs des ersten Ventilverbands 15 vom Außenmantel des Axialabschnitts 41 gesteuert werden.
Zweckmäßig ist der erste Kopplungspfad 39 so angeordnet bzw. ausgebildet, dass er in allen Hubstellungen der Düsennadeln 7, 19 stets offen ist. Auf diese Weise kann bei geschlossenem Steuerventil 32 in jeder beliebigen Relativlage zwischen den Düsennadeln 7, 19 untereinander und relativ zum Düsenkörper 2 eine Befüllung des ersten Steuerraums 28 und somit ein Druckaufbau im ersten Steuerraum 28 sichergestellt werden.
Darüber hinaus ist der erste Kopplungspfad 39 zweckmäßig stärker gedrosselt als die Zulaufleitung 36, sodass über den ersten Kopplungspfad 39 ein Druckabfall ermöglicht wird.
Zweckmäßig sind die Kopplungspfade 39 und 43 so aufeinander abgestimmt, dass der erste Kopplungspfad 39 stärker gedrosselt ist als der zweite Kopplungspfad 43.
Der zweite Kopplungspfad 43 ist in Abhängigkeit des Hubs der ersten Düsennadel 7 steuerbar. Ein axialer Abstand zwischen dem Ende 46 der Längsnut 44 und dem Wandabschnitt 47 definiert dabei einen Vorhub 48, bei dem der zweite Kopplungspfad 43 zum Öffnen und Schließen geschaltet wird.
Die Zulaufleitung 36 ist zweckmäßig so angeordnet, dass sie bei allen auftretenden Hubstellungen der Düsennadeln 7, 19 stets offen ist und den zweiten Steuerraum 35 speisen kann.
Zwischen erstem Nadelverband 15 und zweitem Nadelverband 27 ist eine Mitnehmeranordnung 49 ausgebildet. Diese Mitnehmeranordnung 49 ist dabei so gestaltet, dass der erste Nadelverband 15 beim Schließen den zweiten Nadelverband 27 bzw. zumindest die zweite Düsennadel 19 in der Schließrichtung 17 mitnimmt.
Die Spritzlöcher 5, 6 werden bei geöffneten Düsennadeln 7, 19 über eine Kraftstoffversorgungsleitung 50 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt. Diese Kraftstoffversorgungsleitung 50 ist zu diesem Zweck an die Druckquelle bzw. die Kraftstoffhochdruckleitung 37 angeschlossen. Die Kraftstoffversorgungsleitung 50 mündet in einem Düsenraum 51, von dem aus ein Ringraum 52 zu den Spritzlöchern 5, 6 führt. Dabei ist der erste Dichtsitz 10 zwischen dem wenigstens einen ersten Spritzloch 5 und dem Ringraum 52 angeordnet, sodass die erste Düsennadel 7 die Kraftstoffzufuhr zu dem wenigstens einen ersten Spritzloch 5 steuert. Der zweite Dichtsitz 22 ist zwischen dem wenigstens einen zweiten Spritzloch 6 und dem Ringraum 52 angeordnet, sodass die zweite Düsennadel 19 bei geöffneter erster Düsennadel 7 die Kraftstoffeinspritzung durch das wenigstens eine zweite Spritzloch 6 steuert.
Die erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 arbeitet wie folgt:
In der in 1 gezeigten Ausgangsstellung befindet sich das Steuerventil 32 in der gezeigten Sperrstellung, sodass die Ablaufleitung 31 nicht mit der Drucksenke 34 verbunden ist. Da der erste Steuerraum 28 zumindest über den ersten Kopplungspfad 39 und bei kleinen Hüben des ersten Ventilverbands 15 außerdem über den zweiten Kopplungspfad 43 indirekt mit der Druckquelle 37 kommuniziert, kann sich im ersten Steuerraum 28 der Kraftstoffhochdruck aufbauen. Dementsprechend kann die erste Steuerfläche 29 eine relativ große Schließkraft in den zweiten Nadelverband 27 einleiten.
Dementsprechend entsteht in der zweiten Düsennadel 19 eine in Schließrichtung 19 wirksame resultierende Kraft.
Des Weiteren leitet die zweite Steuerfläche 30 eine relativ große Schließkraft in den ersten Nadelverband 15 ein. Außerdem herrscht im zweiten Steuerraum 35 ebenfalls der Kraftstoffhochdruck, sodass auch über die dritte Steuerfläche 38 eine relativ große Schließkraft in den ersten Nadelverband 14 eingeleitet werden kann. Hinzu kommt die Rückstellkraft der Rückstellfeder 16. Während die Druckkräfte an der zweiten Steuerfläche 30 und an der dritten Steuerfläche 38 sowie die Rückstellkräfte der Rückstellfeder 16 in Schließrichtung 17 wirken, erzeugt der Kraftstoffhochdruck an der Druckstufe 12 der ersten Düsennadel 7 eine in Öffnungsrichtung 18 wirkende Kraft.
Insgesamt kann sich somit auch in der ersten Düsennadel 7 eine in Schließrichtung 17 wirksame resultierende Kraft ausbilden. Folglich sitzt die erste Düsennadel 7 im ersten Sitz 10, und die zweite Düsennadel 19 sitzt im zweiten Sitz 22.
Zum Öffnen der ersten Düsennadel 7 wird das Steuerventil 32 in die Offenstellung verstellt, wodurch die Ablaufleitung 31 geöffnet wird und somit mit der Drucksenke 34 verbunden ist. Dementsprechend kommt es im ersten Steuerraum 28 zu einem Druckabfall. Durch diesen Druckabfall kann sich im ersten Steuerraum 28 ein erster Druckwert ausbilden. Da die Ablaufleitung 31 eine Drosselwirkung besitzt und da über die Kopplungspfade 39, 43 Hydraulikmittel permanent in den ersten Steuerraum 28 nachströmt, ist der erste Druckwert zwar kleiner als der Kraftstoffhochdruck, zumindest jedoch größer als der Druck der Drucksenke 34. Gleichzeitig fällt auch im zweiten Steuerraum 35 der Druck ab. Die Druckabnahme an der zweiten Steuerfläche 30 und an der dritten Steuerfläche 38 führt zu reduzierten Schließkräften im ersten Nadelverband 15. Die beteiligten Komponenten der Einspritzdüse 1 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass sich nunmehr in der ersten Düsennadel 7 eine in Öffnungsrichtung 18 wirksame resultierende Kraft einstellt. Dementsprechend hebt die erste Düsennadel 7 vom ersten Sitz 10 ab.
In der Folge kommt es zu einer Kraftstoffeinspritzung durch das wenigstens eine erste Spritzloch 5.
Sobald die erste Düsennadel 7 vom ersten Sitz 10 abhebt, liegt im Wesentlichen der Kraftstoffhochdruck auch an der Druckstufe 24 der zweiten Düsennadel 19 an. Die Komponenten der Einspritzdüse 1 sind hier so aufeinander abgestimmt, dass sich im zweiten Nadelverband 27 noch immer eine in Schließrichtung 17 wirkende resultierende Kraft ergibt, obwohl der Druck im ersten Steuerraum 28 auf den ersten Druckwert reduziert ist und die Druckstufe 24 der zweiten Düsennadel 19 mit dem Kraftstoffhochdruck beaufschlagt ist. Beispielsweise ist hierzu die Druckstufe 24 der zweiten Düsennadel 19 relativ klein dimensioniert. Des Weiteren kann eine hier nicht gezeigte Rückstellfeder vorgesehen sein, die sich am zweiten Nadelverband 27, beispielsweise an der ersten Steuerfläche 29 abstützt und eine entsprechende Schließkraft in den zweiten Nadelverband 27 einleitet. Dementsprechend bleibt die zweite Düsennadel 19 auch bei sich öffnender erster Düsennadel 7 im zweiten Sitz 22.
Wenn das Steuerventil 32 hinreichend lange offen ist, führt der erste Nadelverband 15 ausgehend von der Ausgangslage, bei welcher die erste Düsennadel 7 im ersten Sitz 10 sitzt, den vorbestimmten Vorhub 48 durch. Sobald dieser Vorhub 48 vorliegt, liegen die Steuerkanten, also das axiale Ende 46 der Längsnut 44 und der Wandabschnitt 47 radial fluchtend zueinander, wodurch der zweite Kopplungspfad 43 gesperrt ist. Durch das Sperren oder Verschließen des zweiten Kopplungspfads 43 fließt nicht mehr so viel Hydraulikmittel in den ersten Steuerraum 28 nach, sodass darin der Druck weiter abfällt, auf einen zweiten Druckwert. Dieser zweite Druckwert ist jedenfalls kleiner als der bei offenem zweitem Kopplungspfad 43 vorherrschende erste Druckwert. Da nach wie vor der erste Kopplungspfad 39 ein Nachströmen von Hydraulikmittel in den ersten Steuerraum 28 ermöglicht, ist der zweite Druckwert auch größer als der Druck der Drucksenke 34. Die Abstimmung der Komponenten der Einspritzdüse 1 ist für diesen Zustand so gewählt, dass der zweite Druckwert an der ersten Steuerfläche 29 nur noch so kleine Druckkräfte einleiten kann, dass sich am zweiten Nadelverband 27 bzw. an der zweiten Düsennadel 19 eine in Öffnungsrichtung 18 wirksame resultierende Kraft einstellt. Folglich hebt die zweite Düsennadel 19 vom zweiten Sitz 22 ab. Dementsprechend erfolgt nun zusätzlich eine Kraftstoffeinspritzung durch das wenigstens eine zweite Spritzloch 6.
Bemerkenswert ist hier, dass der erste Kopplungspfad 39 den Druckabfall im ersten Steuerraum 28 auf den genannten zweiten Druckwert begrenzt, sodass sich für den Öffnungshub der zweiten Düsennadel 19 bzw. des zweiten Nadelverbands 27 nur eine vergleichsweise kleine Öffnungsgeschwindigkeit ergibt. Insbesondere kann ein hartes Auftreffen und somit ein Prellen des zweiten Nadelverbands 27 an einer Anschlagfläche, z. B. an einer axialen Wandung 53 des ersten Steuerraums 28, vermieden werden.
Darüber hinaus ist es grundsätzlich möglich, den zweiten Nadelverband 27 so auszugestalten, dass er gedämpft gegen den Anschlag (Wandung 53) fährt, was beispielsweise durch eine geeignete Konturgebung der ersten Steuerfläche 28 realisierbar ist.
Sobald die erste Düsennadel 7 den Vorhub 48 überschritten hat, ändert sich auch die Kinematik des ersten Nadelverbands 15. Zum einen wirkt sich die reduzierte Druckkraft an der zweiten Steuerfläche 30 auf die Kräftebilanz am ersten Nadelverband 15 aus. Durch den gesperrten zweiten Kopplungspfad 43 kann das über die Zulaufleitung 36 in den zweiten Steuerraum 35 nachströmende Medium nur noch über den ersten Kopplungspfad 39 aus dem zweiten Steuerraum 35 abfließen, sodass es im zweiten Steuerraum 35 zu einem Druckanstieg kommt. Dieser Druckanstieg erhöht die Schließkraft der dritten Steuerfläche 38, was ebenfalls in die Bilanz der am ersten Nadelverband 15 angreifenden Kräfte eingeht. Je nach Auslegung kann beispielsweise eine Dämpfung oder Abbremsung der ersten Düsennadel 7 bzw. des ersten Nadelverbands 15 erreicht werden.
Wenn nur eine Einspritzung durch das wenigstens eine erste Spritzloch 5 erwünscht ist, muss das Steuerventil 32 rechtzeitig wieder in die gezeigte Sperrstellung überführt werden, bevor die erste Düsennadel 7 den vorbestimmten Vorhub 48 erreicht. Die axiale Länge des Vorhubs 48 kann somit in Abhängigkeit der Öffnungszeiten für die erste Düsennadel 7 gewählt werden.
Zum Schließen der Düsennadeln 7 und 19 wird das Steuerventil 32 in die gezeigte Schließstellung überführt. Hierdurch kommt es zu einem starken Druckanstieg sowohl in dem ersten Steuerraum 28 als auch im zweiten Steuerraum 35, mit der Folge, dass sich die Kräftebilanz am ersten Nadelverband 15 wieder umkehrt und eine in Schließrichtung 17 resultierende Kraft entsteht, die den ersten Nadelverband 15 in Schließrichtung 17 vorantreibt. Da bei geöffneter zweiter Düsennadel 19 auch am zweiten Sitzquerschnitt der Kraftstoffhochdruck in Öffnungsrichtung 18 angreift, kann es sein, dass die Kräftebilanz am zweiten Nadelverband 27 trotz des Hochdrucks an der ersten Steuerfläche 29 zu keiner oder nur zu einer relativ kleinen resultierenden Schließkraft führt. Hier sorgt die Mitnehmeranordnung 49 dafür, dass der erste Nadelverband 15 den zweiten Nadelverband 27 oder zumindest die zweite Düsennadel 19 mitnimmt. Sobald die erste Düsennadel 7 im ersten Sitz 10 ankommt, fällt stromab des ersten Sitzes 10 der Druck schlagartig ab, sodass dann auch der zweite Nadelverband 27 bzw. die zweite Düsennadel 19 in den zweiten Sitz 22 einfährt.

1: Einspritzdüse
2: Düsenkörper
3: Düsenspitze
4: Brennraum
5: erstes Spritzloch
6: zweites Spritzloch
7: erste Düsennadel
8: erste Nadelführung
9: erster Führungsquerschnitt
10: erster Sitz
11: erster Sitzquerschnitt
12: Druckstufe von 7
13: Übertragungskörper
14: Kopplungshülse
15: erster Nadelverband
16: Rückstellfeder
17: Schließrichtung
18: Öffnungsrichtung
19: zweite Düsennadel
20: zweite Nadelführung
21: zweiter Führungsquerschnitt
22: zweiter Sitz
23: zweiter Sitzquerschnitt
24: Druckstufe von 19
25: Übertragungsbolzen
26: Kopplungsstange
27: zweiter Nadelverband
28: erster Steuerraum
29: erste Steuerfläche
30: zweite Steuerfläche
31: Steuerleitung/Ablaufleitung
32: Steuerventil
33: Rücklaufleitung
34: Rücklauf/Drucksenke
35: zweiter Steuerraum
36: Zulaufleitung
37: Kraftstoffhochdruckleitung/Druckquelle
38: dritte Steuerfläche
39: erster Kopplungspfad
40: Querbohrung
41: Axialabschnitt von 14
42: Ringraum
43: zweiter Kopplungspfad
44: Längsnut
45: radiale Wandung von 28
46: axiales Ende von 44
47: axialer Wandabschnitt von 35
48: Vorhub
49: Mitnehmeranordnung
50: Kraftstoffversorgungsleitung
51: Düsenraum
52: Ringraum
53: axiale Wandung von 28

Claims

Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, – mit einem Düsenkörper (2), der wenigstens ein erstes Spritzloch (5) und wenigstens ein zweites Spritzloch (6) aufweist, – mit einer als Hohlnadel ausgebildeten ersten Düsennadel (7), mit der die Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine erste Spritzloch (5) steuerbar ist, – mit einer koaxial zur ersten Düsennadel (7) angeordneten zweiten Düsennadel (19), mit der die Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine zweite Spritzloch (6) steuerbar ist, – mit einem ersten Steuerraum (28), in dem eine an der zweiten Düsennadel (19) ausgebildete oder damit antriebsgekoppelte erste Steuerfläche (29) zur Einleitung von Schließkräften in die zweite Düsennadel (19) angeordnet ist, – mit einer Steuerleitung (31), die mit dem ersten Steuerraum (28) kommuniziert und mit welcher der Druck im ersten Steuerraum (28) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, – dass im ersten Steuerraum (28) eine an der ersten Düsennadel (7) ausgebildete oder damit antriebsgekoppelte zweite Steuerfläche (30) zur Einleitung von Schießkräften in die ersten Düsennadel (7) angeordnet ist, – dass ein erster Kopplungspfad (39) vorgesehen ist, der den ersten Steuerraum (28) direkt oder indirekt mit einer Druckquelle (37 kommunizierend verbindet, – dass ein zweiter Kopplungspfad (43) vorgesehen ist, der den ersten Steuerraum (28) mit der Druckquelle (37) kommunizierend verbindet, – dass der zweite Kopplungspfad (43) in Abhängigkeit des Hubs der ersten Düsennadel (7) gesteuert ist, derart, dass der zweite Kopplungspfad (43) ausgehend von der Schließstellung der ersten Düsennadel (7) bis zu einem vorbestimmten Vorhub (48) offen ist und ab einem über den Vorhub (48) hinausgehenden Hub gesperrt ist.
Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass ein zweiter Steuerraum (35) vorgesehen ist, in dem eine an der ersten Düsennadel (7) ausgebildete oder damit antriebsgekoppelte dritte Steuerfläche (38) zur Einleitung von Schließkräften in die erste Düsennadel (7) angeordnet ist, – dass eine Zulaufleitung (36) vorgesehen ist, die den zweiten Steuerraum (35) mit der Druckquelle (37) verbindet, – dass der zweite Kopplungspfad (43) den ersten Steuerraum (28) mit dem zweiten Steuerraum (35) kommunizierend verbindet, sodass der erste Steuerraum (28) durch den zweiten Steuerraum (35) mit der Druckquelle (37) kommuniziert.
Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – dass der zweite Kopplungspfad (43) wenigstens eine zum ersten Steuerraum (28) hin offene Längsnut (44) aufweist, die in einem zylindrischen Abschnitt (41) der ersten Düsennadel (7) oder einer mit der ersten Düsennadel (7) antriebsgekoppelten Kopplungshülse (14) ausgebildet ist und die bei geschlossener erster Düsennadel (7) in den zweiten Steuerraum (35) hineinragt, – dass ein vom ersten Steuerraum (28) abgewandtes Ende (46) der Längsnut (44) und ein den zweiten Steuerraum (35) axial begrenzender Wandabschnitt (47) als Steuerkanten zum Öffnen und Sperren des zweiten Kopplungspfads (43) zusammenwirken.
Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kopplungspfad (39) stärker gedrosselt ist als der zweite Kopplungspfad (43).
Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kopplungspfad (39) stärker gedrosselt ist als die Zulaufleitung (36).
Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, – dass die Steuerleitung als Ablaufleitung (31) ausgebildet ist, die den ersten Steuerraum (28) mit einer Drucksenke (34) verbindet, – dass diese Verbindung zumindest zwischen einem Offenzustand und einem Sperrzustand schaltbar ist.
Einspritzdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufleitung (31), die Zulaufleitung (36), die Kopplungspfade (39, 43), die Düsennadeln (7, 19) und die Steuerfläche (29, 30, 38) so ausgelegt sind, dass sich im Offenzustand der Ablaufleitung (31) im ersten Steuerraum (28) ein Druck einstellt, der bei offenem zweiten Kopplungspfad (43) so groß ist, dass eine an der zweiten Düsennadel (19) angreifende resultierende Kraft in der Schließrichtung (17) der zweiten Düsennadel (19) wirkt, und bei gesperrtem zweiten Kopplungspfad (43) so groß ist, dass die an der zweiten Düsennadel (19) angreifende resultierende Kraft in der Öffnungsrichtung (18) der zweiten Düsennadel (19) wirkt.
Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kopplungspfad (39) den ersten Steuerraum (28) mit dem zweiten Steuerraum (35) kommunizierend verbindet, sodass der erste Steuerraum (28) durch den zweiten Steuerraum (35) mit der Druckquelle (37) kommuniziert.
Einspritzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, – dass der erste Kopplungspfad (43) wenigstens eine Querbohrung (40) aufweist, die einen zylindrischen Abschnitt (41) der ersten Düsennadel (7) oder einer mit der ersten Düsennadel (7) antriebsgekoppelten Kopplungshülse (14) radial durchdringt, – dass radial zwischen der zweiten Düsennadel (19) oder einer mit der zweiten Düsennadel (19) antriebsgekoppelten Kopplungsstange (26) und der ersten Düsennadel (7) oder einer mit der ersten Düsennadel (7) antriebsgekoppelten Kopplungshülse (14) ein zum ersten Steuerraum (28) hin offener Ringraum (42) ausgebildet ist, der über die wenigstens eine Querbohrung (40) mit dem zweiten Steuerraum (35) kommuniziert.
Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kopplungspfad (39) so angeordnet ist, dass er in allen Hubstellungen der Düsennadeln (7, 19) offen ist.
Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufleitung (36) so angeordnet ist, dass sie in allen Hubstellungen der Düsennadeln (7, 19) offen ist.