DE19581786C1 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

Abstract

Die Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen mit Düsenöffnungen ausgestatteten Düsenkörper, ein Nadelventil, das die Düsenöffnungen öffnet und schließt, einen Anker, der mit dem Nadelventil mechanisch verbunden ist, und einen Stator, der dem Anker gegenüberliegt, so daß, durch Verschieben des Stators mit einem Mikromotor, die Hubgröße des Nadelventils angepaßt werden kann. Außerdem ist ein Abdeckelement vorhanden, das sich gleitend um den Umfang des Düsenkörpers dreht, und, indem dieses Abdeckelement mit einem Mikromotor gedreht wird, wird die Öffnungsfläche der an der Einspritzung beteiligten Düsenöffnung verändert. Mit diesen Konstruktionsmerkmalen wird es möglich, willkürlich ein gewünschtes Einspritzmuster zu erzielen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschi­ nen, insbesondere Dieselmotoren. Insbesondere betrifft sie ein Kraftstoffeinspritz­ ventil, das verschiedene Einspritzmuster bzw. -bilder erzielen kann, indem die Hub­ größe bzw. der Hub eines Nadelventils und die gesamte Öffnungsfläche der zur Ein­ spritzung beitragenden Düsenöffnung geändert werden.

Zu den in Verbrennungsmotoren verwendeten Kraftstoffeinspritzventilen gehört zum Beispiel das in der JP 4-76266 offenbarte Kraftstoffeinspritzventil, bei dem ein Durchlaß gebildet ist, durch den unter Druck gesetzter Kraftstoff zum vorderen Endabschnitt eines Düsenkörpers geleitet wird, wobei eine Vielzahl von Düsenöff­ nungen gebildet sind, die mit diesem Durchlaß verbunden sind, wobei ein Drehventil (eine drehbare Welle) durch ein Nadelventil eingeführt ist, das den intermittierenden Zustrom des Kraftstoffes zu dem Durchlaß steuert, und wobei die Drehstellung des Drehventils (der drehbaren Welle) verändert wird, um die Öffnungsfläche der zur Kraftstoffeinspritzung beitragenden Düsenöffnungen zu vergrößern/verkleinern, so daß der Einspritzdruck, die Einspritzzeit und die Einspritzmenge variiert werden kön­ nen.

Bei dem vorgenannten Kraftstoffeinspritzventil, das einen Aufbau bereitstellt, bei dem die Düsenöffnung im Düsenkörper gegen das Innere durch die sich drehende Welle abgesperrt wird, ist überhaupt keine Veränderung der Öffnungsfläche der Düsenöff­ nung an der Oberfläche des Düsenkörpers vorgesehen, da die Düsenöffnung nur von innen verengt wird. Daher besteht das Problem, daß der eingespritzte Kraftstoff nicht ohne weiteres fein zerstäubt wird. Da in dem System, in dem die Düsenöffnung im Düsenkörper gegen das Innere abgesperrt wird, außerdem noch eine Vielzahl von Führungsnuten erforderlich ist, wie in Fig. 1 der JP 4-76266 gezeigt, kann das Saug­ volumen nicht reduziert werden, und es ist daher wahrscheinlich, daß es nach der Einspritzung zu einem Restabfluß von Kraftstoff kommt, was die Ausstoßmenge an HC (Kohlenwasserstoffen) erhöht. Bei einem solchen Aufbau muß außerdem die Ge­ nauigkeit der axialen Ausrichtung des Nadelventils und der drehbaren Welle verbes­ sert werden.

Ein ähnlicher Aufbau eines Kraftstoffeinspritzventils mit einer im Inneren eines Dü­ senkopfs verdrehbar angeordneten Hülse zur innenseitigen Absperrung von Düsen­ öffnungen, wobei die verdrehbare Hülse ein hydraulisch öffenbares Nadelventil um­ gibt, ist aus der JP 60-22071 bekannt. Hier ist nachteilig, daß eine variable und sehr genaue Einspritzsteuerung durch das hydraulische Öffnen und das innenseitige Ab­ sperren der Düsenöffnungen nicht erreichbar ist. Zudem ist die Herstellung sehr auf­ wendig, da die am Nadelventil anliegende, verdrehbare Hülse sehr geringe Ferti­ gungstoleranzen bedingt.

Ein weiteres Problem der Aufbauten nach dem Stand der Technik ist, da die Aufbau­ ten es nicht gestatten, die Hubgröße bzw. den Hub des Nadelventils willkürlich zu verändern, daß es nicht möglich ist, den Einspritzzustand willkürlich durch Anpassen der Hubgröße zu verändern, um den Druckverlust zu verändern und die Einspritz­ menge zu erhöhen oder zu senken, um den Einspritzdruck und die Einspritzrate od. dgl. zu ändern. Aus der JP 57-2258 ist lediglich ein Kraftstoffeinspritzventilaufbau mit einem hydraulisch gegen Federkraft öffenbaren Nadelventil bekannt. Die auf das Nadelventil wirkende Federkraft ist durch eine zugeordnete Einrichtung verstellbar, wodurch gleichzeitig der Nadelventilhub einstellbar ist. Dies erfordert einen aufwen­ digen Aufbau, wobei eine unabhängige Einstellung des Nadelventilhubs nicht mög­ lich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzventil bereitzustellen, das bei einfachem Aufbau eine universelle Einstellung von Einspritz­ parametern ermöglicht, so daß insbesondere gewünschte Einspritzmuster bzw. -bilder durch willkürliches Verändern des Hubs des Nadelventils und durch Verändern der Gesamtfläche der an der Einspritzung beteiligten Düsenöffnungen erreichbar sind, so daß letztendlich ein Einspritzdruck, eine Einspritzzeit, eine Einspritzmenge usw. er­ reicht werden können, die an die Motorlast und die Motordrehzahl angepaßt sind, um eine Reduktion an NOx, eine Verbesserung der Kraftstoffausnutzung und dgl. zu realisieren, wobei insbesondere eine feine Zerstäubung des eingespritzten Kraftstof­ fes erreichbar ist.

Die obige Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Insbesondere wird durch außenseitige Anordnung des Abdeckelements eine Zu­ nahme des Saugvolumens verhindert, was eine weniger strenge Genauigkeit der axialen Ausrichtung zwischen dem sich drehenden Element, das die effektive Düsen­ öffnungsfläche verändert, und dem Nadelventil erlaubt.

Der Hubänderungsmechanismus kann wie folgt aufgebaut werden:

Befestigen des Stators in der Richtung der Nadelventilachse in der Weise, daß er sich schraubenförmig nach vorne oder nach hinten bewegen kann und Verschieben des Stators in Richtung der Achse des Nadelventils mit einem Zahnrad, das mit Zähnen auf der äußeren Umfangsfläche des Stators verzahnt ist und vom ersten Mikromotor drehbar ist; dadurch, daß der Stator in Richtung der Nadelventilachse gleiten kann und daß er in Richtung der Nadelventilachse mittels eines zylindrischen Schnecken­ getriebes verschiebbar ist, das mit einem an einem Abschnitt der äußeren Umfangsflä­ che des Stators gebildeten Zahnstangenteil verzahnt ist und von dem ersten Mikro­ motor drehbar ist; oder dadurch, daß ein Armteil mit einem Innengewindeabschnitt ausgestattet ist, der in Richtung der Statorachse an einer Seite des Stators verläuft und bewirkt, daß der Stator in Richtung der Nadelventilachse mit einem Außenge­ windeabschnitt verschoben wird, dessen Drehung durch den ersten Mikromotor bewirkt wird, um eine schraubenförmige Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung über den Innengewindeabschnitt des Armteils auszuführen.

Da die maximale Hubgröße bzw. -höhe des Nadelventils bei Betriebsbedingungen mit niedriger Last und niedriger Umdrehungszahl, beispielsweise beim Starten des Mo­ tors, von dem Hubgrößenänderungsmechanismus gesteuert wird, wird im Ergebnis eine feine Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffes begünstigt, indem die Hub­ größe bzw. der Hub vergrößert werden, um den Einspritzdruck zu erhöhen und die Einspritzzeit bzw. -dauer zu verlängern. Außerdem wird bei hoher Last und hohen Umdrehungszahlen eine stabile Verbrennung erreicht, indem die Hubgröße reduziert und so der Einspritzdruck verringert und die Hubdauer verkürzt wird. Da sich die Querschnittsfläche des Strömungsweges außerdem durch Verändern der Hubgröße zur Veränderung des Strömungswegwiderstandes ändert, kann beispielsweise bei ei­ ner Speicher-Kraftstoffeinspritzpumpe die Einspritzmenge durch Verändern der Hub­ größe verändert werden und können im Falle einer Kraftstoffeinspritzpumpe mit stoßweiser Einspritzung der Einspritzdruck und die Einspritzrate bzw. -geschwindigkeit durch Verändern der Hubgröße verändert werden.

Das Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt außerdem einen Düsenkörper mit an seinem vorderen Endabschnitt geformten Düsenöffnungen zur Einspritzung von unter Druck gesetztem Kraftstoff, ein Nadelventil, das gleitend in den Düsenkörper eingebaut ist, um die Düsenöffnungen zu öffnen/schließen, ein Abdeckelement, das gleitend um den Düsenkörper drehbar ist und mit Absperrab­ schnitten versehen ist, die den Grad der Absperrung der Düsenöffnungen proportio­ nal zum Grad der Drehung des aus einem Stück mit diesen geformten Abdeckele­ ments verändern, und einen zweiten Mikromotor, der von einem externen Signal an­ getrieben und gesteuert wird. In dieser Kraftstoffeinspritzdüse wird die Drehung des Abdeckelements ermöglicht durch den zweiten Mikromotor, so daß die Öffnungsflä­ che der zur Einspritzung beitragenden Düsenöffnungen variiert werden kann.

Dieser Aufbau kann zum Beispiel erreicht werden durch Bilden einer Vielzahl von Düsenöffnungen mit bestimmten Abständen bzw. an bestimmten Intervallen in Um­ fangsrichtung des Düsenkörpers und Verändern der Zahl der Düsenöffnungen, die von den Absperrabschnitten durch die Drehung des Abdeckelements verschlossen werden, so daß schließlich die Öffnungsfläche der zur Einspritzung beitragenden Dü­ senöffnungen verändert wird, oder durch Bilden schlitzähnlicher Düsenöffnungen, die über einen bestimmten Umfangswinkel am vorderen Endabschnitt des Düsenkör­ pers reichen, anstelle des Bildens einer Vielzahl von Düsenöffnungen, und Absperren eines Teils dieser in Schlitzform geformten Düsenöffnungen mit den Absperrabschnit­ ten, um die Öffnungsfläche zu verändern. Bei den Düsenöffnungen im zuerst genann­ ten Fall kann die Konstruktion, in der die Durchmesser der Düsenöffnungen stufen­ weise in der Reihenfolge kleiner werden, in der die Düsenöffnungen von den Ab­ sperrabschnitten verschlossen werden, übernommen werden; bei der Düsenöffnung des zuletzt genannten Falles kann eine keilförmige Struktur eingesetzt werden, in der die Schlitzweite allmählich in der Richtung kleiner wird, in der die Einspritzfläche von den Absperrabschnitten überdeckt wird.

Eine Vielzahl von Düsenöffnungen, die mit den am vorderen Endabschnitt des Dü­ senkörpers geformten Düsenöffnungen kommunizieren können, kann zusätzlich in bestimmten Abständen in Umfangsrichtung an den Absperrabschnitten des Abdeck­ elements gebildet sein, so daß die Zahl der Düsenöffnungen an den Absperrabschnit­ ten, die mit den Düsenöffnungen am Düsenkörper kommunizieren, mit der Drehung des Abdeckelements verändert werden kann, um die Öffnungsfläche der an der Ein­ spritzung beteiligten Düsenöffnungen zu verändern. Auch in diesem Fall kann die Vielzahl der in Umfangsrichtung der Absperrabschnitte geformten Düsenöffnungen so ausgebildet werden, daß ihre Durchmesser allmählich in der Reihenfolge kleiner werden, in der die Verbindung mit den Düsenöffnungen am Düsenkörper unterbro­ chen wird.

Da die Drehstellung des Abdeckelements von dem zweiten Mikromotor angepaßt wird, so daß die Öffnungsfläche der an der Einspritzung beteiligten Düsenöffnungen bei niedriger Last und niedrigen Umdrehungszahlen, zum Beispiel beim Starten des Motors, verändert werden kann, wird also, gemäß der vorliegenden Erfindung, der Einspritzdruck erhöht und die Einspritzzeit bzw. -dauer verlängert, indem die Ge­ samtfläche der an der Einspritzung beteiligten Düsenöffnungen durch Drehung des Abdeckelements reduziert wird. Durch eine Begünstigung einer feinen Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffes und eine Zunahme des Luftüberschußfaktors in dem Sprühnebel kann daher eine Reduzierung von NOx erwartet werden.

Da die Gesamtfläche der an der Einspritzung beteiligten Düsenöffnungen von außen verändert werden kann, kann außerdem eine Reduzierung des innerhalb des Düsen­ körpers gebildeten Ansaugvolumens erreicht werden und gleichzeitig ist die axiale Ausrichtung zwischen dem Abdeckelement, das die wirksame Fläche der Düsenöff­ nungen verändert, und dem innerhalb des Düsenkörpers liegenden Nadelventil nicht erforderlich. Da außerdem die Öffnungsfläche der Düsenöffnungen an der Oberfläche des Düsenkörpers durch das Abdeckelement verändert werden kann, ist eine feine Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffes leichter möglich, als bei einer Düse, in der die Öffnungsfläche der Düsenöffnung von der Innenseite des Düsenkörpers verän­ dert wird.

Wenn außerdem die Gesamtfläche der an der Einspritzung beteiligten Düsenöffnun­ gen dadurch erhöht wird, daß sich das Abdeckelement bei hoher Last und hohen Umdrehungszahlen dreht, kann der Einspritzdruck gesenkt und die Einspritzzeit bzw. -dauer verkürzt werden. Hierdurch ist gewährleistet, daß eine Einspritzung bei der Strömungsrate bzw. mit der Strömungsmenge oder Strömungsgeschwindigkeit er­ folgt, die für einen Hochlastbetrieb erforderlich ist, und daß eine gleichmäßige Disper­ sion stattfindet, wodurch eine stabile Verbrennung und eine hohe Leistung erreicht werden.

Die folgende Beschreibung ist eine ausführliche Erläuterung der vorliegenden Erfin­ dung unter Bezugnahme auf folgende Figuren:

Fig. 1 ist ein Querschnitt, der einen schematischen Aufbau des Kraft­ stoffeinspritzventils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt, der ein Beispiel des Antriebs­ mechanismus und den vorderen Endabschnitt des Düsenkör­ pers in dem in Fig. 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil zeigt;

Fig. 3 ist ein vergrößerter Querschnitt, der ein anderes Beispiel des An­ triebsmechanismus und den vorderen Endabschnitt des Düsen­ körpers in dem in Fig. 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil zeigt;

Fig. 4-7 zeigen ein erstes Aufbaubeispiel des vorderen Endabschnitts der Einspritzdüse und illustrieren die Lageverhältnisse zwischen der Vielzahl von an dem Düsenkörper gebildeten Düsenöffnun­ gen und dem Abdeckelement;

Fig. 8 ist ein Flußdiagramm eines Beispiels der von der Steuereinheit durchgeführten Steuerung des Einspritzventils;

Fig. 9 ist ein vergrößerter Querschnitt mit einem weiteren Beispiel des Antriebsmechanismus in der in Fig. 1 gezeigten Kraftstoffein­ spritzventil;

Fig. 10 ist ein teilweise vergrößerter Querschnitt eines anderen Beispiels des Hubänderungsmechanismus;

Fig. 11 ist ein vergrößerter Teilquerschnitt eines weiteren Beispiels des Hubänderungsmechanismus;

Fig. 12 ist ein Querschnitt gemäß Linie XII-XII in Fig. 11;

Fig. 13-16 zeigen ein zweites Aufbaubeispiel des vorderen Endabschnitts der Einspritzdüse, die die verbindungsgemäßen Beziehungen zwischen den am Düsenkörper gebildeten Düsenöffnungen und der Vielzahl von an dem Abdeckelement gebildeten Düsenöff­ nungen zeigen;

Fig. 17-20 zeigen ein drittes Aufbaubeispiel des vorderen Endabschnitts der Einspritzdüse, die die Lageverhältnisse zwischen den am Düsenkörper gebildeten schlitzförmigen Düsenöffnungen und dem Abdeckelement illustrieren;

Fig. 21-24 zeigen ein viertes Aufbaubeispiel des vorderen Endabschnitts der Einspritzdüse, die die Lageverhältnisse zwischen den schlitzförmigen Düsenöffnungen am Düsenkörper und dem Ab­ deckelement illustrieren;

Fig. 25 ist ein Querschnitt aus der Umgebung der Düsenöffnungen, der die vorliegende Erfindung erläutert; und

Fig. 26 ist ein Querschnitt der Umgebung der Düsenöffnungen, der die Technologie nach dem Stand der Technik erläutert.

In Fig. 1, die ein erstes Aufbaubeispiel eines Einspritzventils 1 zeigt, ist das Einspritz­ ventil 1 gebildet, indem ein Düsenkörper 3 am vorderen Ende eines Düsengehäuses 2 vorgesehen ist und das Düsengehäuse 2 und der Düsenkörper 3 zu einem Teil mit ei­ ner Sicherungsmutter 4, die auf das Düsengehäuse 2 aufgeschraubt ist, miteinander verbunden sind.

Ein Kraftstoffeinlaß 5 ist an der oberen seitlichen Oberfläche des Düsengehäuses 2 gebildet, und dieser Kraftstoffeinlaß 5 steht über einen an dem Düsengehäuse 2 ge­ bildeten Durchlaß 6 und einen an dem Düsenkörper 3 gebildeten Durchlaß 7 mit einer Düsenkammer 8 in Verbindung, die im mittleren Abschnitt des Düsenkörpers 3 gebil­ det ist. Ein Druckaufnahmeabschnitt 11 eines Nadelventils 10, das gleitend in eine Paßbohrung 9 des Düsenkörpers 3 eingesetzt ist, liegt der Düsenkammer 8 gegen­ über, und der unter hohem Druck durch den Kraftstoffeinlaß 5 einströmende Kraft­ stoff wird zu dem Druckaufnahmeabschnitt 11 des Nadelventils 10 geführt.

Der zu dem Kraftstoffeinlaß 5 geführte unter hohem Druck stehende Kraftstoff wird von einer mittels Rohrleitung angeschlossenen Kraftstoffeinspritzpumpe 12 in einem Bereich von 10 MPa-150 MPa zugeführt. Die Kraftstoffeinspritzpumpe 12, auf die wir hier nicht im einzelnen eingehen wollen, kann z. B. eine stoßweise arbeitende Ein­ spritzpumpe sein, die den Kraftstoff unter Druck von einem Kraftstoffbehälter 13 in der gewünschten Menge und zum gewünschten Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzdü­ se 1 je nach den Betriebsverhältnissen und dgl. des Motors zwangsweise zuführt.

Entlang der Achse des Düsengehäuses 2 ist eine Durchgangsbohrung 14 gebildet, die zu der Paßbohrung 9 des Düsenkörpers 3 ausgerichtet ist, und in dieser Durchgangs­ bohrung 14 befindet sich eine bewegliche Federaufnahme 15, die mit dem Nadelven­ til 10 Kontakt hat, ein Absperrelement 16, das so eingepaßt ist, daß es den oberen Teil der Durchgangsbohrung 14 absperrt und an dem Düsengehäuse 2 befestigt ist, und eine schraubenartige Feder 17, die zwischen der beweglichen Federaufnahme 15 und dem Absperrelement 16 angeordnet ist. Die bewegliche Federaufnahme 15, der hohle Abschnitt der Feder 17 und eine Stange 18 zur Bewegung des Nadelventils, die durch das Absperrelement 16 hindurchgeführt und an einem später noch ausführlich beschriebenen Anker 19 befestigt ist, greifen an dem Nadelventil 10 an.

An dem oberen Abschnitt des Düsengehäuses 2 befindet sich ein Antriebsmechanis­ mus 20. Wie im einzelnen in Fig. 2 zu sehen ist, ist ein Stator 21 drehbar mit einem Gewindeabschnitt am oberen Ende des Absperrelements 16 befestigt, und, da sich der Stator 21 dreht, wird eine bezogen auf das Absperrelement 16 schraubenförmige Be­ wegung des Stators 21 vor oder zurück bewirkt, so daß der Abstand L1 zwischen dem Anker 19, der in einem zwischen dem Stator 21 und dem Absperrelement 16 ge­ bildeten Raum 22 untergebracht ist, und der dem Anker 19 gegenüberliegenden Fläche des Stators 21 verändert werden kann.

Eine Magnetspule 47 ist auf den Stator 21 gewickelt, und die Stromeinspeisung in die Magnetspule 47 wird von einer Steuereinheit 25 gesteuert (in Fig. 1 dargestellt). Die Bezugszahl 72 weist auf einen gewundenen Draht hin, der das mit der Steuerein­ heit 25 verbundene elektrische Kabel mit der Magnetspule 47 verbindet und die Drehung des Stators 21 aufnimmt.

Um den Drehungsgrad des Stators 21 zu steuern, ist an einer Seite des Stators 21 ein Zahnrad 23 vorgesehen, das mit an der äußeren Umfangsfläche des Stators 21 gebil­ deten Zähnen 24 im Eingriff ist, und dieses Zahnrad 23 wird je nach Erfordernis von einem ersten Mikromotor 26 gedreht, der von einem von der Steuereinheit 25 (in Fig. 1 gezeigt) kommenden Steuersignal angetrieben wird. Dieser erste Mikromo­ tor 26 ist an einem ersten Untersetzungsgetriebe 65 montiert und ist in eine Monta­ geöffnung 28 eines Kopfstücks 27 eingebaut, das am oberen Abschnitt des Düsen­ gehäuses 2 befestigt ist. Der erste Mikromotor 26 ist an einer ersten Motorbefesti­ gungsstelle 30 mittels eines ersten Deckelkörpers 29 befestigt, der die Montageöff­ nung 28 verschließt, wobei das Zahnrad 23 an der sich drehenden Welle des ersten Untersetzungsgetriebes 65 befestigt ist.

An dem Kopfstück 27 ist weiter eine Montageöffnung 48 zur Montage eines zweiten Mikromotors 31 gebildet, und der zweite Mikromotor 31 ist in die Montageöff­ nung 48 so eingesetzt, daß er mit einem zweiten Untersetzungsgetriebe 66 verbun­ den ist, und wird an einer zweiten Motorbefestigungsstelle 32 mittels eines zweiten Deckelkörpers 49 befestigt, der die Montageöffnung 48 verschließt. Ein Zahnrad 33, das an der sich drehenden Welle des zweiten Untersetzungsgetriebes 66 befestigt ist, ist mit einem Zahnrad 35 verzahnt, das an einem Ende einer flexiblen Stange 34 befe­ stigt ist.

Bei diesem Aufbau werden im Handel erhältliche Zweiphasen-Schrittmotoren mit bi­ polarem Antrieb mit einem Außendurchmesser von 10 mm, einer Spannung von 5 V und einem Abtriebsdrehmoment von beispielsweise 1 mN . m für den ersten und den zweiten Mikromotor 26 bzw. 31 verwendet, und im Handel erhältliche Unterset­ zungsgetriebe mit einem Untersetzungsverhältnis von beispielsweise 1 : 15, einem Au­ ßendurchmesser von 12 mm und einem zulässigen Nenndrehmoment von etwa 10 mN . m werden für das erste und zweite Untersetzungsgetriebe 65 bzw. 66 ver­ wendet, so daß das Drehmoment der Mikromotoren mit den Untersetzungsgetrieben erhöht wird.

Als eine andere Ausführungsform des ersten und zweiten Mikromotors 26 bzw. 31 kann der in der JP 6-189569 beschriebene Ultraschallmotor verwendet werden. Wenn Mikromotoren mit hohem Drehmoment verwendet werden, können die Zahn­ räder 23 und 33 direkt an den sich drehenden Wellen des ersten und des zweiten Mikromotors 26 bzw. 31 ohne Untersetzungsgetriebe montiert sein, wie in Fig. 3 ge­ zeigt. In einer solchen Konstruktion spart man den zum Einbau der Untersetzungsge­ triebe benötigten Raum, was zur Miniaturisierung der Einspritzdüse beiträgt.

Das andere Ende der flexiblen Stange 34 ragt durch den Sockel 27, das Düsengehäu­ se 2 und Stangeneinführöffnungen 36, 37 und 38 in dem Düsenkörper 3 in einen Raum 39 hinein, der zwischen dem Düsenkörper 3 und der Haltemutter 4 gebildet ist, wobei ein Zahnrad 40 mit geringem Durchmesser, das in dem Raum 39 untergebracht ist, an diesem anderen Ende der flexiblen Stange 34 befestigt ist.

An dem Abschnitt des Düsenkörpers 3, der aus der Haltemutter 4 herausragt, ist ein Abdeckelement 41 in der Weise angebracht, daß es sich nur dann drehen kann, wenn es über die Umfangsfläche des Düsenkörpers gleitet. Ein Ende des Abdeckele­ ments 41 ragt durch die Fläche zwischen dem Düsenkörper 3 und der Haltemutter 4 in den Raum 39 hinein, und am äußeren Umfang dieses hineinragenden Abschnitts ist ein Zahnrad 42 gebildet, das mit dem Zahnrad 40 verzahnt ist. Wenn der zweite Mi­ kromotor 31 in Drehung versetzt wird, dreht sich die flexible Stange 34 und schließ­ lich auch das Abdeckelement 41.

Am vorderen Endabschnitt des Düsenkörpers 3 sind Düsenöffnungen 43 gebildet, die mit der Drehung des Abdeckelements 41 geöffnet und geschlossen werden, so daß, wie in Fig. 1 zu sehen ist, Kraftstoff in einen Brennraum 44 des Motors einge­ spritzt werden kann. Wie in Fig. 4 bis 7 zu sehen ist, sind die Düsenöffnungen 43, welche Düsenöffnungen 43a mit großem Durchmesser, Düsenöffnungen 43b mit mittlerem Durchmesser und Düsenöffnungen 43c mit kleinem Durchmesser umfassen, aufeinanderfolgend mit spezifischen Verschiebewinkeln angeordnet, und zwei Dü­ senöffnungen jedes Durchmessers sind mit ihren Phasen um 180° gegenüber der an­ deren verschoben ausgebildet. Die Größen der Düsenöffnungen variieren je nach den Anforderungen des Motors, für den sie gedacht sind. In diesem Fall betragen die Grö­ ßen für die Öffnungen mit großem, mittlerem bzw. kleinem Durchmesser 0,24 mm, 0,19 mm bzw. 0,14 mm. Außerdem ist der Phasenwinkel, beginnend an den Düsenöff­ nungen 43a mit großem Durchmesser bis zu den Düsenöffnungen 43c mit kleinem Durchmesser, auf weniger als 90° eingestellt.

Entlang des Umfangs des vorderen Abschnitts des Abdeckelements 41 sind je zwei ausgesparte Abschnitte 45 und zwei Absperrabschnitte 46, welche die Düsenöffnun­ gen 43 abdecken können, mit ihren Phasen abwechselnd um 180° gegeneinander verschoben gebildet. Sowohl die Absperrabschnitte 46 als auch die ausgesparten Abschnitte 45 sind größer als der Phasenwinkel von den Düsenöffnungen 43a mit dem großen Durchmesser bis zu den Düsenöffnungen 43c mit dem kleinen Durch­ messer ausgebildet.

Bezugnehmend auf Fig. 1; A bezeichnet einen Durchflußsensor, der in der Nähe des Kraftstoffeinlasses angeordnet ist, um die Durchflußmenge bzw. die Strömungsge­ schwindigkeit des von der Einspritzpumpe zugeführten Kraftstoffs zu messen, B be­ zeichnet einen Drucksensor, der in der Umgebung des Kraftstoffeinlasses angeordnet ist, um den Druck des von der Einspritzpumpe zugeführten Kraftstoffes zu messen, C bezeichnet einen Beschleuniger- bzw. Fahrpedal-Öffnungssensor, der unter Verwen­ dung der Motorlast den Grad der Beschleuniger- bzw. Fahrpedalöffnung bezogen auf die Motorlast mißt, D bezeichnet einen Brennraum-Temperatursensor, der die Temperatur des Brennraumes im Motor mißt, E bezeichnet einen Brennraum-Druck­ sensor, der den Druck im Brennraum des Motors mißt, F bezeichnet einen Nadelven­ til-Hubsensor, der die Hubgröße bzw. den Hub des Nadelventils mißt, und G bezeich­ net einen Umdrehungsgeschwindigkeits-Sensor, der die Umdrehungsgeschwindig­ keit bzw. Drehzahl des Motors mißt. Die von diesen Sensoren kommenden Signale werden in die Steuereinheit 25 eingegeben.

Die Steuereinheit 25 ist eine Steuereinheit bekannter Art und umfaßt eine Ausgangs­ schaltung zur Steuerung der Mikromotoren 26 und 31 und der Magnetspule 47, einen Mikrocomputer zur Steuerung der Ausgangsschaltung, eine Eingangsschal­ tung, welche die Signale von den verschiedenen Sensoren in den Mikrocomputer eingibt, und dgl.. Der Mikrocomputer ist mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), einem Internspeicher und dgl. versehen und führt anhand der von den Senso­ ren kommenden Signale nach einem bestimmten Programm folgende Berechnungen zur Steuerung der Öffnungsfläche der an der Einspritzung beteiligten Düsenöffnun­ gen aus, die dann von dem ersten Mikromotor 26 eingestellt wird: die maximale Hub­ größe des Nadelventils 10, die von dem zweiten Mikromotor 31 eingestellt wird; den Zeitpunkt, an dem die Kraftstoffeinspritzung stattfinden soll, wozu der Magnetspu­ le 47 Strom zugeführt wird; die Einspritzdauer und dgl..

Mit anderen Worten, es gibt eine Vielzahl von Variablen zur Steuerung der Einspritz­ düse 1, nämlich den Drehwinkel des Abdeckelements 41, die Hubgröße des Nadel­ ventils 10, den Zeitpunkt, an dem in die Magnetspule 47 Strom eingespeist wird, die Dauer der Stromeinspeisung und dgl., und durch Verändern dieser Variablen werden die Gesamtfläche der an der Einspritzung beteiligten Düsenöffnungen, der Einspritz­ druck, der Einspritzzeitpunkt, die Einspritzdauer usw. angepaßt, um das Einspritzmu­ ster bzw. -bild zu verändern. Ein spezifisches Beispiel dieses Steuervorgangs ist in Form eines Flußdiagramms in Fig. 8 dargestellt, und die folgende Erläuterung bezieht sich auf dieses Flußdiagramm. Eine Map bzw. ein Plan der optimalen Kombinationen von Motorbelastung (Grad der Beschleuniger- bzw. Fahrpedalöffnung), der Umdre­ hungsgeschwindigkeit des Motors, dem Druck im Brennraum, der Temperatur im Brennraum, der Hubgröße des Nadelventils, dem Kraftstoffdruck und der Kraftstoff- Durchflußmenge sowie der oben beschriebenen Steuerungsvariablen sind im internen Speicher der Steuereinheit 25 gespeichert, und diese Map bzw. diese Tabelle wird anhand von Daten erstellt, die im voraus in Basisexperimenten und dgl. gewonnen wurden.

Beim Einschalten der Zündung startet die Steuereinheit 25 in Schritt 50 die Signal­ eingangsverarbeitung. In Schritt 50 werden Meßdaten vom Brennraum-Drucksensor und ähnlichen Sensoren, die an einem vorher festgelegten, spezifischen Kurbelwinkel (einem geeigneten Kurbelwinkel für den Expansionshub oder den Auslaßhub) ge­ messen werden, und die Motorumdrehungsgeschwindigkeit, die von dem Sensor zur Messung der Umdrehungsgeschwindigkeit G während der vorherigen Umdrehung des Motors gemessen wurde, eingelesen.

Im folgenden Schritt 52 wird dann anhand der Eingangssignale ein Kraftstoffein­ spritzmuster festgelegt. Mit anderen Worten, die optimalen Werte für den Drehwinkel des Abdeckelements 41 und die Hubgröße des Nadelventils 10 werden anhand der im Internspeicher der Steuereinheit 25 gespeicherten Map festgelegt. Anschließend werden der Drehwinkel des ersten Mikromotors 26, der bewirkt, daß sich der Ventil­ nadelhub auf den festgelegten Wert ändert, und der Drehwinkel des zweiten Mikro­ motors 31, der die Gesamtfläche der an der Einspritzung beteiligten Düsenöffnun­ gen 43 auf den festgesetzten Wert einstellt, anhand der Hubgröße des Nadelventils und der Öffnungsfläche der Düsenöffnungen während des vorherigen Vorgangs be­ rechnet. Außerdem wird an diesem Punkt auch die Dauer der Stromeinspeisung in die Magnetspule 47 berechnet.

Danach wird in Schritt 54 ein Antriebsimpuls zum ersten Mikromotor 26 übertragen, so daß die in Schritt 52 festgesetzte Hubverschiebegröße für das Nadelventil 10 er­ reicht werden kann. Während dieses Verarbeitungsschrittes wird eine Drehung des ersten Mikromotors 26 bewirkt, wodurch wiederum eine Drehung des Stators 21 bewirkt wird, so daß der Abstand L1 zwischen dem Anker 19 und dem Stator 21, der dem Anker 19 gegenüberliegt, angepaßt wird. In Schritt 56 wird außerdem ein An­ triebsimpuls gesendet, der den zweiten Mikromotor 31 betätigt, so daß der Öffnungs­ zustand der Düsenöffnungen 43 angepaßt werden kann.

In diesem Zustand wird die Ventilöffnungsdauer und der Ventilöffnungs-Zeitpunkt in Übereinstimmung mit der Map, und indem man diese Werte mit den an dem spezifi­ schen Kurbelwinkel gewonnenen Daten vergleicht, bestimmt, eine Rechteckwelle mit einer der Ventilöffnungsdauer entsprechenden Impulsbreite wird erzeugt, wenn die spezifische Zeitpunkteinstellung (Kurbelwinkel) erreicht ist. Dann wird Strom in die Magnetspule 47 eingespeist, so daß das Nadelventil 10 bei einem Anstieg dieser Rechteckwelle angehoben wird (Schritt 58). Dieser Zeitpunkt fällt mit dem Zeitraum zusammen, während dem die Plungerkolben angehoben werden, um die Kraftstoffzu­ fuhr bei einer stoßweise arbeitenden Einspritzpumpe zu starten, und folglich ist durch das angehobene Nadelventil 10 der Strömungsweg für den Kraftstoff frei, und die Kraftstoffeinspritzung beginnt.

Wenn nach Beginn der Stromeinspeisung in die Magnetspule 47 eine bestimmte Zeitdauer verstrichen ist, das heißt, wenn der Hub des Nadelventils 10 beendet ist und das Nadelventil 10 mit dem Stator 21 in Kontakt kommt, wird der Betätigungsstrom von einem Anlaufstrom auf einen Haltestrom umgeschaltet (Schritt 60). Dieser Halte­ strom muß nur so hoch sein, daß er die Federkraft der Feder 17 ausgleicht, so daß der Kontakt zwischen dem Anker 19 und dem Stator 21 aufrechterhalten werden kann, und der Strom kann geringer als der Anlaufstrom sein, wenn eine schnelle Beschleu­ nigung gewünscht wird. Die Position des Nadelventils 10 wird dann zu einem Zeit­ punkt, an dem die Verschiebung des Nadelventils 10, die von dem Nadelventil-Hub­ sensor F gemessen wird, einen konstanten Zustand erreicht hat, im Internspeicher der Steuereinheit 25 gespeichert.

Bei einem Abfall der Rechteckwelle wird dann die Stromeinspeisung in die Magnet­ spule 47 beendet (Schritt 62). Hiermit bewegt sich das Nadelventil 10 in die Rich­ tung, in der es durch die Kraft der Feder 17 geschlossen wird, um die Düsenöffnun­ gen 43 zu verschließen.

Diese Folge von Abläufen ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß die maxima­ le Hubgröße des Nadelventils 10 durch den ersten Mikromotor 26 in Schritt 54 einge­ stellt wird. Mit anderen Worten, indem bewirkt wird, daß sich der erste Mikromo­ tor 26 in die Richtung dreht, in der der Abstand zwischen dem Stator 21 und dem Anker 19 in Schritt 54 zunimmt, nimmt der maximale Hub bzw. die maximale Hubgrö­ ße des Nadelventils 10 zu, um die Menge des den Düsenöffnungen 43 zugeführten Kraftstoffs zu erhöhen. Wenn sich der erste Mikromotor 26 dagegen in die Richtung dreht, in der sich der Stator 21 und der Anker 19 einander nähern, verringert sich die Hubgröße des Nadelventils 10, um schließlich die Menge des den Düsenöffnungen 43 zugeführten Kraftstoffes zu reduzieren.

Bei geringer Belastung und niedriger Umdrehungsgeschwindigkeit, zum Beispiel beim Anlassen des Motors, kann durch Vergrößern der Hubgröße (durch Erhöhen des Abstands L1 zwischen dem Stator 21 und dem Anker 19) zur Erhöhung des Ein­ spritzdruckes und schließlich zur Verlängerung der Dauer der Stromeinspeisung in die Magnetspule die feine Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffes begünstigt werden, während bei hoher Belastung und hoher Umdrehungsgeschwindigkeit durch Reduzierung der Hubgröße zum Absenken des Einspritzdruckes und letztend­ lich zur Verkürzung des Zeitraums, während dem der Magnetspule Strom zugeführt wird, eine stabile Verbrennung erzielt werden kann. So können verschiedene Ein­ spritzmuster bzw. -bilder erreicht werden.

Der Vorgang zur Veränderung des Nadelventilhubs ist auch der Vorgang, in dem der Strömungspfadwiderstand durch Verändern des Strömungspfadquerschnitts verän­ dert wird, und bei einer stoßweise arbeitenden Einspritzpumpe, wie in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel, bedeutet eine Veränderung des Druckverlusts in dem Kraftstoff-Strö­ mungspfad auch eine Veränderung des Einspritzdrucks und der Einspritzrate, da die Menge des aus der Pumpe ausströmenden Kraftstoffes konstant ist. Mit anderen Worten, wenn die Hubgröße klein ist, nimmt der Druckverlust, da der Strömungspfad­ querschnitt klein ist, zu, und es erhöht sich der Spitzenwert des Einspritzdrucks und auch die Änderung der Einspritzrate bzw. -geschwindigkeit. Ist dagegen die Hub­ größe groß, wird der Druckverlust, da der Strömungspfadquerschnitt zunimmt, relativ kleiner, um den Spitzenwert des Einspritzdrucks und auch die Änderung der Ein­ spritzrate bzw. -geschwindigkeit zu verringern. Wird aber andererseits eine Ein­ spritzpumpe des Speichertyps verwendet, kann, da der Druck des aus der Pumpe ausfließenden Kraftstoffes konstant ist, wenn sich der Druckverlust in dem Kraftstoff- Strömungspfad aufgrund einer Veränderung der Hubgröße ändert, auch die Abström- Strömungsrate verändert werden. Mit anderen Worten, bei einer Speicher-Kraftstoff­ einspritzpumpe kann die Einspritzmenge durch Verändern der Hubgröße variiert wer­ den. Durch Antreiben und Steuern des ersten Mikromotors, mit dem die Hubgröße verändert werden kann, kann also die Einspritzmenge oder der Einspritzdruck und die Einspritzrate willkürlich verändert werden, um das gewünschte Einspritzmuster zu erreichen.

Die vorliegende Erfindung ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt 54 durchgeführte Verarbeitung in Kombination mit der Steuerung der Öffnungsfläche der Düsenöffnungen realisiert wird, die von dem zweiten Mikromotor 31 in Schritt 56 ausgeführt wird. Während der in Schritt 56 durchgeführten Verarbeitung öffnen sich nämlich durch Positionierung der Absperrabschnitte 46 des Abdeckelements 41 über Bereichen, in denen sich keine Düsenöffnungen 43 befinden, wie in Fig. 4 gezeigt, die Düsenöffnungen 43a mit dem großen Durchmesser, die Düsenöffnungen 43b mit dem mittleren Durchmesser und die Düsenöffnungen 43c mit dem kleinen Durchmes­ ser über die ausgesparten Abschnitte 45 alle zum Brennraum 44.

Wenn der zweite Mikromotor 31 gedreht wird, so daß nur die Düsenöffnungen 43a mit dem großen Durchmesser von den Absperrabschnitten 46 verdeckt werden, wie in Fig. 5 gezeigt wird, öffnen sich die Düsenöffnungen 43b mit dem mittleren Durch­ messer und die Düsenöffnungen 43c mit dem kleinen Durchmesser immer noch zum Brennraum 44, wohingegen sich, wenn der zweite Mikromotor 31 gedreht wird, so daß die Düsenöffnungen 43a mit dem großen Durchmesser und die Düsenöffnun­ gen 43b mit dem mittleren Durchmesser durch den Absperrabschnitt 46 verdeckt werden, wie in Fig. 6 gezeigt wird, nur die Düsenöffnungen 43c mit dem kleinen Durchmesser zum Brennraum 44 öffnen. Wenn bei diesen Zuständen das Nadelventil angehoben wird, wird der Kraftstoff nur durch die geöffneten Düsenöffnungen ein­ gespritzt. Durch weitere Drehung des Abdeckelements 41 können alle Düsenöffnun­ gen 43, wie in Fig. 7 gezeigt wird, verdeckt werden, so daß auch bei angehobenem Nadelventil 10 keine Einspritzung stattfindet.

Wenn zum Beispiel der in Fig. 6 gezeigte Zustand während einer niedrigen Belastung bei niedriger Umdrehungszahl, zum Beispiel beim Anlassen des Motors, erreicht wird, wird der Einspritzdruck erhöht, da die Zahl und die Gesamtfläche der geöffneten Dü­ sen kleiner werden, so daß die Einspritzzeit verlängert wird.

Die Teilchengröße des Sprühnebels wird hauptsächlich bestimmt von der Öffnungs­ fläche der Düsenöffnungen 43 (43a, 43b und 43c) und dem Einspritzdruck, und, weil der Kraftstoff bei Verringerung der Öffnungsfläche der Düsenöffnungen und mit zu­ nehmendem Einspritzdruck feiner zerstäubt wird, wird in dem in Fig. 6 gezeigten Zu­ stand eine feine Zerstäubung begünstigt, so daß ein Anstieg des Luftüberschußfak­ tors beim Einspritzen eine Reduzierung der NOx-Emission erwarten läßt. Im Gegen­ satz dazu wird bei hoher Belastung und hoher Umdrehungsgeschwindigkeit, wenn der in Fig. 4 oder Fig. 5 gezeigte Zustand vorliegt, der Einspritzdruck gesenkt, da die Zahl und die Gesamtfläche der offenen Düsenöffnungen zunimmt, so daß sich die Einspritzzeit verkürzt. In einem solchen Zustand wird der Sprühnebel, während er dem Brennraum 44 zugeführt wird, gleichmäßig dispergiert, wodurch eine stabile Verbrennung und eine hohe Leistung erreicht werden.

Durch Verändern des Öffnungszustands der an der Einspritzung beteiligten Düsen­ öffnungen ändern sich also der Einspritzdruck, die Einspritzdauer und der Zerstäu­ bungsgrad; kombiniert man dies mit dem bereits beschriebenen in Schritt 54 ausge­ führten Vorgang, kann das Einspritzmuster noch freier variiert werden. Bei dem Auf­ bau gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 25 gezeigt, wird außerdem die Öffnungsfläche der eigentlichen Düsenöffnungen 43 am vorderen Endabschnitt ver­ ändert, da die Fläche der an der Einspritzung beteiligten Düsenöffnungen 43 durch das Abdeckelement 41, das den Düsenkörper 3 nach außen absperrt, eingestellt wird, wodurch ein Vorteil erreicht wird, verglichen mit dem in Fig. 26 gezeigten Aufbau, bei dem die Düsenöffnungen von innen verkleinert werden, eine feine Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffes begünstigt wird.

Als ein Mechanismus zur Veränderung des Abstands L1 zwischen dem Anker 19 und dem Stator 21, kann der Stator 21, anstelle der oben beschriebenen Ausführungsform, mittels eines Gewindeabschnitts relativ zu der inneren Umfangsoberfläche 67 des Kopfstücks 27 verdrehbar eingebaut sein, wobei auf der äußeren Umfangsfläche des Stators, wie in der bereits beschriebenen Ausführungsform, Zähne ausgebildet sind, so daß das mit diesen Zähnen verzahnte Zahnrad 23 durch den ersten Mikromotor gedreht werden kann, um den Stator 21 in Richtung der Nadelventilachse zu ver­ schieben, wie in Fig. 9 gezeigt.

Außerdem kann, wie in Fig. 10 gezeigt wird, der Stator 21, welcher dem Anker 19 ge­ genüberliegt, auch den Endabschnitt des Absperrelements 16 in der Weise abdecken, daß der sich in Richtung der Achse des Nadelventils 10 bewegen kann, wobei der Stator 21 einen mit einem in der Richtung der Bewegung des Stators verlaufenden Innengewinde 68 versehener Armabschnitt 69 aufweisen kann, der sich an einer Seite des Stators 21 erstreckt, so daß ein Außengewindeabschnitt 71 (der Gewindeab­ schnitt kann in die sich drehende Welle des Mikromotors geschnitten sein), der von dem ersten Mikromotor 26 gedreht wird, über den Innengewindeabschnitt 68 des Armteils 69 schraubenförmig vor oder zurück bewegt werden kann, um den Stator 21 in Richtung der Nadelventilachse zu verschieben.

In einer anderen Ausführungsform, wie in Fig. 11 und 12 gezeigt, bedeckt der Stator 21 den Endabschnitt des Absperrelements 16 in einer ähnlichen Weise, und eine Keil­ nut 73, die in Richtung der Achse des Absperrelements 16 verläuft, ist auf der Innen­ fläche des Stators 21 gebildet, so daß ein fixierter Zapfen 74, der an dem Absperrele­ ment 16 befestigt ist, in der Keilnut 73 liegt, um die Drehung des Stators 21 zu unter­ binden, und so daß der Stator 21 sich nur in Richtung der Nadelventilachse bewegen kann. Außerdem ist durch bogenförmiges Ausnehmen eines Abschnitts der externen Seitenfläche des Stators 21 ein Zahnstangenabschnitt 75 gebildet, und an diesem Zahnstangenabschnitt 75 sind in Richtung der Achse des Stators 21 Zähne gebildet. Eine zylindrische Schnecke 76, die mit den Zähnen des Zahnstangenabschnitts 75 verzahnt ist, ist an der drehbaren Welle des ersten Mikromotors 26 sicher befestigt, so daß durch Drehen des ersten Mikromotors 26 der Stator 21 in der Richtung der Na­ delventilachse verschoben werden kann.

In Fig. 13 bis 16 ist ein zweites Aufbaubeispiel dargestellt, das zur Einstellung des Öffnungszustands der Düsenöffnungen 43 eingesetzt wird. Anders als bei dem vor­ herigen Ausführungsbeispiel sind in diesem Ausführungsbeispiel die Absperrab­ schnitte 46 eines Abdeckelements 41 über dem gesamten Umfang vorhanden, wobei Düsenöffnungen 70a mit großem Durchmesser, Düsenöffnungen 70b mit mittlerem Durchmesser und Düsenöffnungen 70c mit kleinem Durchmesser nacheinander mit spezifischen Verschiebewinkeln an den Absperrabschnitten 46 ausgebildet sind. Zwei Düsenöffnungen jeder Durchmessergröße sind mit ihren Phasen um 180° ge­ geneinander verschoben angeordnet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der Phasenwinkel, reichend von den Düsenöffnungen 70a mit dem großen Durchmesser bis zu den Düsenöffnungen 70c mit dem kleinen Durchmesser, kleiner als 90° einge­ stellt.

Andererseits sind am vorderen Endabschnitt des Düsenkörpers 3 zwei Weitwinkel- Düsenöffnungen 43 gebildet, deren Phasen um 180° zueinander verschoben sind, wobei der Umfangswinkel der Düsenöffnungen 43 und der Umfangswinkel der Flä­ che, an der sich keine Düsenöffnungen befinden, beide größer sind, als der Phasen­ winkel von den Düsenöffnungen 43a mit dem großen Durchmesser bis zu den Düsenöffnungen 43c mit dem kleinen Durchmesser, die im Abdeckelement 41 gebil­ det sind.

Die übrigen Konstruktionsmerkmale dieses Ausführungsbeispiels stimmen mit denen des ersten Ausführungsbeispiels überein, ihre Erläuterung erübrigt sich somit, wobei den Komponenten der Fig. 13 bis 16, die denjenigen der Fig. 4 bis 7 entsprechen, dieselben Bezugszahlen zugewiesen sind.

Auch bei diesem Aufbau kann das Einspritzmuster durch Einsatz des zweiten Mi­ kromotors 31 zur Anpassung des Verbindungszustandes zwischen den Düsenöff­ nungen 43 am Düsenkörper 3 und den Düsenöffnungen 70a, 70b und 70c an dem Abdeckelement 41 verändert werden. Mit anderen Worten, indem man zwischen den Düsenöffnungen 43 am Düsenkörper 3 eine Verbindung zu allen an den Absperrab­ schnitten 46 des Abdeckelements 41 gebildeten Düsenöffnungen 70a, 70b und 70c herstellt, wie in Fig. 13 gezeigt wird, wird Kraftstoff durch alle Düsenöffnungen in den Brennraum 44 eingespritzt, das heißt, durch die Düsenöffnungen 70a mit dem großen Durchmesser, die Düsenöffnungen 70b mit dem mittleren Durchmesser und die Düsenöffnungen 70c mit dem kleinen Durchmesser, während durch Drehen des Abdeckelements 41 zur Unterbrechung der Verbindung zwischen den Düsenöffnun­ gen 43a mit dem großen Durchmesser und den Düsenöffnungen 43 am Düsenkör­ per 3, wie in Fig. 14 gezeigt wird, Kraftstoff durch die Düsenöffnungen 43b mit dem mittleren Durchmesser und die Düsenöffnungen 43c mit dem kleinen Durchmesser in den Brennraum eingespritzt wird. Indem man das Abdeckelement 41 so dreht, daß die Düsenöffnungen 43a mit dem großen Durchmesser und die Düsenöffnungen 43b mit dem mittleren Durchmesser von den Düsenöffnungen 43 am Düsenkörper 3 getrennt werden, wird der Kraftstoff nur durch die Düsenöffnungen 43c mit dem kleinen Durchmesser in den Brennraum 44 eingespritzt, wie in Fig. 15 zu sehen ist. Wenn das Abdeckelement 41 weiter gedreht wird, können alle Düsenöffnungen an dem Ab­ deckelement 41 von den Düsenöffnungen 43 an dem Düsenkörper 3 getrennt werden, so daß auch beim Anheben des Nadelventils 10 kein Kraftstoff eingespritzt wird. Durch Steuerung des zweiten Mikromotors 31 können also der Einspritzdruck, die Einspritzdauer und der Zerstäubungsgrad wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel verändert werden, wodurch verschiedene Einspritzmuster er­ reicht werden.

In Fig. 17 bis 20 wird ein drittes Aufbaubeispiel gezeigt, das zur Veränderung des Öffnungszustands der Düsenöffnungen 43 vorgesehen ist, und bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel ist eine Düsenöffnung 43, die in Form eines Schlitzes mit einem spezifi­ schen Umfangswinkel ausgebildet ist, an zwei Stellen vorgesehen, deren Phasen zu­ einander um 180° verschoben sind. Der Umfangswinkel dieser Düsenlöcher 43 be­ trägt weniger als 90°. Es ist zu beachten, daß die Schlitzbreite der in dieser Schlitz­ form geformten Düsenöffnungen 43 ungefähr dem Durchmesser der Düsenöffnungen mit dem bereits erwähnten großen Durchmesser (maximal 0,24 mm) entspricht und daß, wenn Düsenöffnungen 43 an vier Stellen am vorderen Endabschnitt des Düsen­ körpers 3 gebildet werden sollen, es nur erforderlich ist, daß deren Umfangswinkel weniger als 45° betragen.

Am vorderen Endabschnitt des Abdeckelements 41 sind andererseits ausgenommene Abschnitte 45 und Absperrabschnitte 46 abwechselnd gebildet, welche die Düsen­ öffnungen 43 absperren können, und zwar an zwei Stellen, die jeweils mit ihren Pha­ sen um 180° am Umfang des vorderen Endes versetzt sind, wie bei dem ersten Aus­ führungsbeispiel (Fig. 4-7). Die Absperrabschnitte 46 und die ausgenommenen Ab­ schnitte 45 sind beide größer ausgeführt, als der Umfangswinkel der Düsenöffnungen 43, die in Schlitzform ausgebildet sind.

Der Aufbau, bei dem die Düsenöffnungen 43 in der oben beschriebenen Weise aus­ geführt sind, entspricht einer Konstruktion, in der die Düsenöffnungen mit demselben Durchmesser kontinuierlich über einem bestimmten Bereich gebildet sind, und folg­ lich kann das Einspritzmuster verändert werden, indem die Positionen zwischen den Düsenöffnungen 43 am Düsenkörper 3 und den Absperrabschnitten 46 an dem Ab­ deckelement 41 verändert werden. Mit anderen Worten, wenn man dafür sorgt, daß die Düsenöffnungen 43 an dem Düsenkörper 3 dem Brennraum 44 gegenüberliegen, ohne daß sie durch die Absperrabschnitte 46 des Abdeckelements 41 abgeschirmt sind, wie in Fig. 17 gezeigt, kann eine große Kraftstoffmenge über einen breiten Win­ kel in den Brennraum 44 eingespritzt werden, während durch Drehen des Abdeck­ elements 41, um einige der Düsenöffnungen 43 an dem Düsenkörper 3 mit den Ab­ sperrabschnitten 46 zu verdecken, wie in Fig. 18 oder 19 gezeigt, der Einspritzbereich kleiner wird. Wenn man das Abdeckelement 41 weiter dreht, werden darüber hinaus alle Düsenöffnungen 43 an dem Düsenkörper 3 durch die Absperrabschnitte verdeckt, wie in Fig. 20 gezeigt, und es wird kein Kraftstoff eingespritzt, auch dann nicht, wenn das Nadelventil 10 angehoben ist. Durch Steuerung des zweiten Mikro­ motors 31 können folglich die Dispersion des Sprühnebels und die Öffnungsfläche der Düsenöffnungen verändert werden, so daß, wie beim ersten weiter oben be­ schriebenen Ausführungsbeispiel, der Einspritzdruck, die Einspritzzeit bzw. -dauer und der Vernebelungsgrad verändert werden können, womit verschiedene Einspritz­ muster erreicht werden.

Ein weiteres Konstruktionsbeispiel zur Einstellung des Öffnungszustands der Düsen­ öffnungen 43, also ein viertes Konstruktionsbeispiel, ist in den Fig. 21 bis 24 darge­ stellt. In diesem Ausführungsbeispiel, das dem dritten Konstruktionsbeispiel dadurch ähnelt, daß die schlitzförmigen Düsenöffnungen an zwei Stellen gebildet und ihre Phasen um 180° zueinander verschoben sind, sind die Düsenöffnungen 43 keilförmig ausgeführt, so daß sie allmählich in der Richtung kleiner werden, in der die Öffnungs­ fläche der Düsenöffnung durch das Abdeckelement 41 verkleinert wird. Da andere Aspekte dieses Ausführungsbeispiels identisch sind mit denjenigen des dritten Aus­ führungsbeispiels, sind den Komponenten, die denen der in den Fig. 17 bis 20 ge­ zeigten entsprechen, dieselben Bezugszahlen zugewiesen, und eine Erläuterung erübrigt sich somit. Auch in dieser Konstruktion werden ähnliche Vorteile erreicht, wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel.

Wie erläutert wurde, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine feine Zer­ stäubung des Sprühnebels zu begünstigen und eine stabile Verbrennung aufrechtzu­ erhalten, da die maximale Hubgröße des Nadelventils, das die Düsenöffnungen öffnet und schließt, durch den Hubgrößenänderungsmechanismus eingestellt wird. Wenn man das Einspritzmuster willkürlich ändert, das heißt, wenn man bei einer Speicher- Einspritzdüse die Einspritzmenge und den Einspritzdruck und bei einer stoßweise ar­ beitenden Einspritzdüse die Einspritzrate verändert, können diese außerdem an viele verschiedene Einsatzumgebungen angepaßt werden.

Da die Gesamtfläche der an der Einspritzung beteiligten Düsenöffnungen durch Dre­ hen des Abdeckelementes eingestellt werden kann, ist es möglich, einen Einspritz­ druck, eine Einspritzzeit bzw. -dauer und eine Einspritzmenge zu erreichen, die einer gegebenen Belastung und Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors entsprechen, wodurch eine Senkung von NOx und eine Verbesserung der Kraftstoffausnutzung erreicht wird. Da die Gesamtfläche der an der Einspritzung beteiligten Düsenöffnun­ gen mit dem Abdeckelement von außen verändert werden kann, ist darüber hinaus ein Element zur Änderung der Düsenöffnungsfläche innerhalb des Düsenkörpers nicht erforderlich, wodurch sich das unmittelbar vor den Düsenöffnungen gebildete Saugvolumen reduziert. Bei einer solchen Konstruktion ist die Ausrichtung der Achse des Abdeckelements, mit dem die wirksame Fläche der Düsenöffnungen ver­ ändert wird, und des Ventils innerhalb des Ventilkörpers nicht erforderlich. Da die Öffnungsflächen an den vorderen Enden der Düsenöffnungen verändert werden, wird darüber hinaus eine feine Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffes begün­ stigt.

Indem man die Hubgröße bzw. den Hub des Nadelventils in Kombination mit der An­ passung der Gesamtfläche der an der Einspritzung beteiligten Düsenöffnungen ein­ stellt, kann außerdem das Einspritzmuster, angepaßt an die verschiedenen Umge­ bungsbedingungen, noch freier variiert werden.

Claims (12)

1. Kraftstoffeinspritzventil (1) für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmoto­ ren, das umfaßt:
einen Düsenkörper (3) mit einer an einem vorderen Endabschnitt davon gebil­ deten Düsenöffnung (43), durch welche unter Druck gesetzter Kraftstoff ein­ spritzbar ist;
ein gleitend in den Düsenkörper (3) eingebautes Nadelventil (10) zum Öffnen und Schließen der Düsenöffnung (43);
eine Feder (17), die auf das Nadelventil (10) eine Kraft in einer Schließrichtung der Düsenöffnung (43) ausübt;
einen Anker (19), der auf einer verlängerten Linie einer Achse des Nadelventils (10) vorgesehen und zusammen mit dem Nadelventil (10) verschiebbar ist;
einen Stator (21), der gegenüber dem Anker (19) auf einer verlängerten Linie der Achse des Nadelventils (10) vorgesehen ist, der den Anker (19) bei Stromzufuhr elektromagnetisch gegen die von der Feder (17) aufgebrachte Kraft anzieht;
einen ersten, von einem externen Signal angetriebenen und gesteuerten Mikro­ motor (26);
einen Hubänderungsmechanismus, der mit dem ersten Mikromotor (26) den Sta­ tor (21) auf einer verlängerten Linie der Achse des Nadelventils (10) verschiebt;
ein einstückig ausgebildetes Abdeckelement (41), das um einen Umfang des Dü­ senkörpers (3) gleitend drehbar ist, mit Absperrabschnitten (46) zum Verändern einer Absperrung der Düsenöffnung (43) entsprechend seinem Drehungsgrad; und
einen zweiten, von einem externen Signal angetriebenen und gesteuerten Mi­ kromotor (31), der das Abdeckelement (41) dreht.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubänderungsmechanismus einen relativ zu einem neben dem Anker (19) ange­ ordneten unbeweglichen Element schraubenförmig in Richtung der Achse des Nadelventils (10) vor- oder zurückbewegbaren Stator (21) aufweist, und Zähne (24) auf einer äußeren Umfangsfläche des Stators (21) gebildet sind, in welche ein durch den ersten Mikromotor (26) drehbares Zahnrad (23) angreift.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubänderungsmechanismus einen in Richtung der Achse des Nadelventils (10) relativ zu einen neben dem Anker (19) angeordneten unbeweglichen Element gleitbaren Stator (21) aufweist, ein mit Zähnen versehener Zahnstangenab­ schnitt (75) an einem Abschnitt einer äußeren Umfangsfläche des Stators (21) gebildet ist, der sich in Richtung der Achse des Nadelventils (10) erstreckt, und der erste Mikromotor (26) eine mit dem Zahnstangenabschnitt (75) verzahnte zylindrische Schnecke (76) dreht.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubänderungsmechanismus einen in Richtung der Achse des Nadelventils (10) relativ zu einem neben dem Anker (19) angeordneten unbeweglichen Element gleitbaren Stator (21) und einen Armabschnitt (69) mit einem Innengewindeab­ schnitt (68), der sich in Richtung der Achse des Nadelventils (10) an einer Seite des Stators (21) erstreckt, aufweist, und daß ein vom ersten Mikromotor (26) drehbarer Außengewindeabschnitt (71) vorgesehen ist, der über den Innenge­ windeabschnitt (68) schraubenförmig vor- oder zurückbewegbar ist.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Düsenkörper (3) mit der an einem vorderem Endabschnitt davon gebildeten Düsenöffnung (43), durch die unter Druck gesetzter Kraftstoff eingespritzt wird, mittels einer Haltemutter (4) an einem vorderen Ende eines Düsengehäuses (2) befestigt ist;
das gleitend in den Düsenkörper (3) eingebaute Nadelventil (10) zum Öffnen und Schließen der Düsenöffnung (43) mit dem Anker (19) über eine Stange (18) verbunden ist, die durch eine an dem Düsengehäuse (2) gebildete Durchgangs­ bohrung (14) durchgeführt ist; und
die Feder (17), die auf das Nadelventil (10) eine Kraft in Schließrichtung der Dü­ senöffnung (43) ausübt, in der Durchgangsbohrung (14) derart vorgesehen ist, daß die Stange (18) durch die Feder (17) hindurchgeht und die Feder (17) außerdem zwischen einer beweglichen Federaufnahme (15), die mit dem Nadel­ ventil (10) in Kontakt ist, und einem an dem Düsengehäuse (2) befestigten Ab­ sperrelement (16) für die Durchgangsbohrung (14) angeordnet ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Düsenöffnungen (43) an bestimmten Intervallen in einer Umfangs­ richtung des Düsenkörpers (3) vorgesehen sind, und durch Verändern der Zahl der durch die Absperrabschnitte (46) abgesperrten Düsenöffnungen (43) bei Drehung des Abdeckelements (41) eine Öffnungsfläche der zur Einspritzung beitragenden Düsenöffnungen (43) veränderbar ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Vielzahl von Düsenöffnungen (43), die an bestimmten Interval­ len in der Umfangsrichtung des Düsenkörpers (3) vorgesehen sind, graduell in einer Reihenfolge verkleinert sind, in der die Düsenöffnungen (43) durch die Absperrabschnitte (46) absperrbar sind.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Düsenöffnungen (70a-c), die mit den Düsenöffnungen (43) an dem Düsenkörper (3) kommunizieren, in einer Umfangsrichtung der Absperrab­ schnitte (46) des Abdeckelements (41) an bestimmten Intervallen gebildet sind und durch Verändern der Zahl der Düsenöffnungen (70a-c) an den Ab­ sperrabschnitten (46), die mit den Düsenöffnungen (43) an dem Düsenkörper (3) kommunizieren, durch Drehung des Abdeckelements (41) eine Öffnungsflä­ che der zur Einspritzung beitragenden Düsenöffnungen (43) veränderbar ist.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Vielzahl von in der Umfangsrichtung der Absperrabschnitte (46) an bestimmten Intervallen gebildeten Düsenöffnungen (70a-c) graduell in einer Reihenfolge verkleinert sind, in der deren Verbindung mit den Düsenöff­ nungen (43) an dem Düsenkörper (3) unterbrochen wird.

10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine in einer Schlitzform mit einem spezifischen Umfangswinkel ausgebildete Düsen­ öffnung (43) an dem Düsenkörper (3) angeordnet ist und durch Verändern der Absperrung der Düsenöffnung (43) durch die Absperrabschnitte (46) durch Drehung des Abdeckelements (41) eine Öffnungsfläche der zur Einspritzung beitragenden Düsenöffnung (43) veränderbar ist.

11. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in Form eines Schlitzes geformte, an dem Düsenkörper (3) angebrachte Düsenöff­ nung (43) eine Keilform hat, so daß die Form graduell in einer Richtung verengt ist, in der eine Düsenöffnungsfläche von den Absperrabschnitten (46) verklei­ nerbar ist.

12. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine flexible Stange (34) vorgesehen ist, die von der Umgebung des zweiten Mikro­ motors (31) bis zu der Umgebung des Abdeckelements (41) reicht, wobei an de­ ren beiden Enden Zahnräder (35, 40) angeordnet sind, wobei eines der Zahnrä­ der (35, 40), das an einem Ende der flexiblen Stange (34) angeordnet ist, mit ei­ nem Zahnrad (33) bzw. Getriebe (66) verzahnt ist, das von dem zweiten Mikro­ motor (31) gedreht wird, wobei das andere der Zahnräder (35, 40), und zwar das an dem anderen Ende der flexiblen Stange (34) angeordnete Zahnrad (40), mit einem Zahnrad (42) verzahnt ist, das auf einer äußeren Umfangsfläche des Ab­ deckelements (41) vorgesehen ist, und wobei eine Bewegungskraft von dem zweiten Mikromotor (31) auf das Abdeckelement (41) über die flexible Stange (34) übertragbar ist.