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Kraftstoffeinspritzdüse Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse
für Brennkraftmaschinen mit einer entgegen der Kraft einer Schließfeder öffnenden
Ventilnadel und einem den Einspritzverlauf beeinflussenden Kolben, die beide ständig
vom zugeführten Kraftstoff beaufschlagt werden und der Kolben während der Einspritzung
einer ersten kleineren Menge entgegen der Kraft einer Rückstellfeder bis an einen
Anschlag verschoben wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzdüse
zu entwickeln, bei der bei der Einspritzung eine Druckstufe erreicht wird, indem
bei Beginn der Einspritzung die Einspritzmenge langsam ansteigt und die Hauptmenge
erst in einer späteren Phase der Spritzdauer eingespritzt wird. Der Nadelschließvorgang
soll in kürzester Zeit erfolgen mit einem scharfen Schließende. Bei einem derart
ablaufenden Einspritzgesetz
kann eine wesentliche Verminderung-der
giftigen Bestandteile im Abgas erreicht werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben
als Ausweichkolben ausgebildet eine nicht zur Einspritzung gelangendeKraftstoffmenge
bei seiner Ausweichbewe-Die gung schluckt. in Verschiebungsrichtung wirkende Arbeitsfläche
am Kolben sowie die ihn belastende Rückstellfederkraft sind der in öffnungsrichtung
wirkenden Fläche der Ventilnadel sowie der Kraft der sie belastenden Schließfeder
angepaßt, so daß der Ausweichkolben erst mit seinem Hub beginnt, wenn die Ventilnadel
bereits geöffnet hat und im Druckraum der Einspritzdüse ein bestimmter Druck erreicht
ist. Dieser Druck steigt dann entsprechend der Federkennlinie der Rückstellfeder
relativ schwach an, bis der Ausweichkolben am Anschlag liegt. Danach entsteht dann
gemäß verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung die Druckstufe und der weitere
Einspritzverlauf der im wesentlichen dem Verlauf des Fördergesetzes der Einspritzpumpe
entspricht.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist durch Verschieben
des Kolbens die Schließfeder-Vorspannung erhöhbar.
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Diese erhöhte Schließfeder-Vorspannung bewirkt dann bei Druckabfall
oder bei einer Druckabbauwelle in der Druckleitung ein schnelles Schließen der Ventilnadel,
bevor dann verzögert der Ausweichkolben in seine Ausgangslage gelangt. Nach einer
zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung, steuert der Kolben während seiner Verschiebung
eine Verbindung zu einem Servokolben auf, durch den die Kraft der Schließfeder änderbar
ist. Um die vorher beschriebene Steuerfolge zu erhalten, muß der Servokolben einen
größeren Durchmesser haben, als die Ventilnadel. Vorteilhafterweise gelangt der
Servokolben in Ruhestellung des Ausweichkolbens wieder in seine Ausgangslage. Entsprechend
und auch nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird erfindungsgemäß durch
den Ausweichkolben ein Entlastungskanal des unter Druck stehenden Kraftstoffs gesteuert.
Dient
der Ausweichkolben nicht als Steuerkolben für einen Servokolben,
so ist erfindungsgemäß in dem Entlastungskanal eine änderbare Drossel angeordnet.
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Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Ausweichkolben
parallel zu einem Stellkolben geschaltet, durch den entgegen der Kraft einer Feder
ein Anschlag der Ventilnadel verschiebbar ist. Die Wirkflächen am Stellkolben und
die Feder sind so ausgelegt, daß der Stellkolben verschoben wird, wenn Ventilnadel
und Ausweichkolben bereits ihren Hub beendet haben und der Druck des zugeführten
Kraftstoffes weiter angestiegen ist. Der Anschlag wirkt dann direkt auf die Ventilnadel
in Schließrichtung und bewirkt ein schnelles Spritzende. Um ein Nachspritzen zu
vermeiden, ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung mit dem Stellkolben ein eine
Drossel enthaltenderEntlastungskanal des unter Druck stehenden Kraftstoffs ' steuerbar.
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Vier Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig.
1 das erste Ausführungsbeispiel bei dem durch den Ausweichkolben ein Servokolben
gesteuert wird, Fig. 2 das zweite Ausführungsbeispiel bei dem der Ausweichkolben
direkt die Kraft der Schließfeder ändert, Fig. 3 das dritte führungsbeispiel bei
dem durch den Ausweichim verschnitt kolben einfänderbarer Leckkanal gesteuert wird
und Fig. 4 das vierte Ausführungsbeispiel bei dem ein Stellkolben bei entsprechend
hohem Zuführdruck ein schnelles Spritzende bewirkt.
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Bei allen vier Beispielen wird der von einer nicht dargestellten winspritzpumpe
zugeführte Kraftstoff gleichzeitig und unter demselben
Druck über
eine-Leitung 1 dem Druckraum einer Kraftstoffeinspritzdüse und über eine Leitung
2 der in Verschieberichtung wirkenden Fläche eines Ausweichkolbens 3 zugeführt.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel hat der
Ausweichkolben 3 drei Stufen 4, 5 und 6, von denen die Stufen 4 und 5 in entsprechenden
Bohrungen dicht geführt sind, hingegen die Stufe 6 als die Ausgangslage bestimmender
Anschlag dient. In der Stufe 4 ist eine abschnittsweise radial verlaufende Bohrung
7 angeordnet, die in der Ausgangslage in eine Ringnut 8 mündet, welche mit dem Arbeitsraum
9 eines Servokolbens 10 verbunden ist. Das andere Ende der Bohrung 7 mündet in einen
Raum 11 der über einen Entlastungskanal 12 druckentlastet ist und in dem eine Rückstellfeder
13 angeordnet ist. Der Servokolben lO, der in der Figur in der Ruhelage dargestellt
ist, steuert die Vorspannung einer Schließfeder 14, die über einen Federteller 15
auf die Ventilnadel 16 wirkt.
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Die beschriebene Kraftstoffeinspritzdüse arbeitet wie folgt: Sobald
der Kraftstoff unter Druck der Düse zugeführt wird, öffnet aufgrund der Flächenverhältnisse
zuerst die Ventilnadel 16 entgegen der Kraft der Schließfeder 14. Sobald sich im
nicht dargestellten Druckraum der Einspritzdüse aufgrund der Drosselung der Spritzöffnungen
ein der am Ausweichkolben beaufschlagten Fläche und der kolbenbelastenden Federkraft
entsprechender Druck eingestellt hat, wird der Ausweichkolben 3 verschoben. Nach
Zurücklegung eines geringen Weges wird über eine Längsnut 17 eine zusätzliche durch
die Stufe 4 gebildete Fläche beaufschlagt, die bewirkt, daß der Ausweichkolben 3
erst dann wieder in seine Ausgangslage zurückgelangt, wenn die Ventilnadel 16 bereits
geschlossen hat. Während des Ausweichhubes des Ausweichkolbens 3 wird die Bohrung
7 gesperrt, da ihre Mündung aus der Ringnut 8 taucht. Gegen Ende des Ausweichhubes
wird durch die Stufe 4 die Ringnut 8 aufgesteuert, so daß eine direkte Verbindung
von der Druckleitung 2 zum Arbeitsraum 9 des Servokolbens 10 besteht. IIierdurch
wird der
Servokolben 10 verschoben, die Schließfeder 14 zusammenpressend,
was zu einer Druckerhöhung im Druckraum der Einspritzdüse führt. Es wird also nach
anfänglichem schnellen Ansteigen der Menge ab Ausweichen des Ausweichkolbens 3 ein
langsames Ansteigen der Einspritzmenge bewirkt, bis dann nach der durch den Servokolben
10 bewirkten Druckstufe die Hauptmenge eingespritzt wird. Sobald dann die Zuförderung
von der Einspritzpumpe zurückgeht, schließt aufgrund der Flächenverhältnisse und
Federkräfte zuerst die Ventilnadel 16, der dann die Rücklaufbewegung des Kolbens
3 folgt, bis durch Aufsteuern der Bohrung 7 der Servokolben 10 wieder in seine Ausgangslage
gleited, wodurch die zusätzliche Vorspannung der Feder, durch die ein schnelles
Schließen der Nadel i6 erreicht wurde, wieder abnimmt.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt der Ausweichkolben
23 über einen Federteller 24 direkt auf die Schließfeder 14. Der Ausweichkolben
23 ist an seinem der Fbder 14 abgewandten Ende mit einem Kegel 25 ausgestattet,
der in Ruhelage auf einer entsprechenden Fläche 26 aufliegt. Der Ausweichkolben
23 ist außerdem zweistufig ausgebildet mit einer Stufe 27 geringeren Durchmessers
und einer Stufe 28. Die durch die Stufen gebildete Differenz-Stirnfläche taucht
in einen Druckraum 29, der über die Leitung 2 Kraftstoff unter dem gleichen Druck
zugeleitet wird, wie dem Druckraum 30 der Einspritzdüse über die Leitung 1.
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Dieses zweite Ausführungsbeispiel arbeitet wie folgt: Sobald den Druckräumen
29 und 30 Kraftstoff unter Druck zugeführt wird, öffnet aufgrund der Flächenverhältnisse
zuerst die Ventilnadel 16. Nach weiterem Ansteigen des Druckes hebt der Kegel 25
von seiner Sitzfläche 26 ab, wodurch die in Federrichtung beaufschlagte Fläche am
Ausweichkolben 23 wesentlich zunimmt. Der Kolben wird nun entgegen der Kraft der
Schließfeder 14 verschoben, wodurch ein nur langsames Ansteigen der Einspritzmenge
erreicht wird; bis der Federteller 24 an einem Anschlag 32 aufliegt.
Letzteres
führt zu einer starken Druckzunahme im Druckraum 30. Der weitere Einspritzverlauf
verläuft gemäß dem Fördergesetz der Einspritzpumpe. Die zusätzlich aufgebrachte
Federkraft bewirkt ein schnelles Schließen der Nadel. Erst wenn die Ventilnadel
16 geschlossen hat, gleitet der Ausweichkolben 23 zurück in seine Ausgangslage.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist der
Ausweichkolben 35 durch eine Rückstellfeder 36 belastet, deren Vorspannung durch
eine Schraube 37 änderbar ist, die gleichzeitig als Hubbegrenzungsanschlag des Ausweichkolbens
dient. Der Ausweichkolben steuert einen Leckkanal 38, in dem eine Drossel 39 angeordnet
ist, die durch eine Schraube 40 im Querschnitt änderbar ist. Die die Federn 14 und
36 aufnehmenden Räume sind über eine Leitung 41 ebenfalls druckentlastet. Wenn der
Kraftstoff unter Druck über die Leitung 1 dem Druckraum 30 und die Leitung 2 dem
Arbeitsraum 29 gleichzeitig zugeführt wird, hebt zuerst die Ventilnadel 16 vom Sitz
ab und die Einspritzung beginnt. Sobald aufgrund der Drosselwirkung der Spritzöffnungen
31 der Druck in den Druckräumen 29 und 30 weiter angestiegen ist, hebt bei einem
der beaufschlagten Fläche des Ausweichkolbens 35 und der Kraft der Feder 36 entsprechenden
Druck der Ausweichkolben vom Sitz 42 ab, wodurch die beaufschlagte Fläche um die
dem Sitzdurchmesser entsprechende Fläche vergrößert wird. Nach dem'anfänglichen
steileren Anstieg der Einspritzmenge folgt nun solange der Ausweichkolben 35 nachgibt,
ein langsameres Ansteigen der Menge, wobei die Steigerung weitgehend durch den Querschnitt
der Drossel 39 beeinflußt wird. Insbesondere in diesem Bereich läßt sich also der
Einspritzmengenverlauf durch die Drossel 39 beeinflussen. Die zweite Möglichkeit
der Beeinflussung erfolgt durch die Schraube 37.
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Bei dem in Fig. 4 dargestellt-en vierten Ausführungsbeispiel müssen
Federkräfte und beaufschlagte Flächen an den Stellorganen gut aufeinander abgestimmt
sein. Der Ausweichkolben 45
ist hier in der Innenbohrung 46 eines
Stellkolbens 47 angeordnet und wird durch eine Rückstellfeder 48 belastet.
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Der Ausweichkolben 45 hat hier eine reine Ausweichfunktion.
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über Bohrungen 49 wird der unter Druck zugeführte Kraftstoff dem Arbeitsraum
5O des Ausweichkolbens 45 zugeleitet. Der Stellkolben 47 ist hingegen durch eine
Feder 51 belastet und verstellt einen Anschlag 52, der direkt auf die Düsennadel
53 wirkt, die selbst durch die Schließfeder 14 belastet ist. Der Stellkolben 47
steuert einen Entlastungskanal 54 der wie die Federräume zu einer Leckleitung 55
hin entlastet ist. Sobald der Kraftstoff von der Einspritzpumpe unter Druck über
die Leitungen 1 und 2 den Druckräumen zugeführt wird, hebt zuerst die Ventilnadel
vom Sitz ab. Sobald der Druck weiter ansteigt, wird der Ausweichkolben 45 verschoben,
was eine Abflachung der Mengenzunahme zur Folge hat. Nach Anliegen des Ausweichkolbens
45 am Anschlag, erfolgt eine starke Druckzunahme im Düsendruckraum, wobei der weitere
Einspritzverlauf durch den Druckanstieg bestimmt wird, der dem Verlauf des Fördergesetzes
der Einspritzpumpe entspricht. Nachdem kurz vor Förderende ein höchster Druckpunkt
erreicht ist, hebt der Stellkolben 47 vom Sitz 56 ab und entlastet schlagartig die
einzelnen Druckräume, gleichzeitig jedoch über seinen Anschlag 52 auf die Düsennadel
53 in Schließrichtung wirkend. Die Nadel schließt also in kürzester Zeit mit einem
scharfen Schließende.