DE2509068A1

DE2509068A1 - Kraftstoff-einspritzventil mit stufeneinspritzung

Info

Publication number: DE2509068A1
Application number: DE19752509068
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Ing Thoma
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1975-03-01
Filing date: 1975-03-01
Publication date: 1976-09-09
Also published as: GB1522054A; FR2303172A1; FR2303172B1; DE2509068C2; US4108383A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft
Stuttgart—Untertürkheim

Daim Io 436/4 27.2.75

Kraftstoff—Einspritzventil mit Stufeneinspritzung

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzventil für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren, mit einer im Schließsinn durch eine Feder und im Offnungssinn durch den Druck des zugeführten
Kraftstoffes beauf schlagbarer; Ventilnadel, der ein mit dem Ventilgehäuse gebildeter, nach außen durch den Ventilsitz der Ventilnadel verschließbarer Druckraum zugeordnet ist, wobei in Strömungsrichtung jenseits des Ventilsitzes wenigstens eine einen definierten Drosselwi— derstand darstellende Austrittsöffnung angeordnet ist, ferner mit wenigsten» zwei wenigstens in einer Bewegungsrichtung kinematisch aneinandergekoppelten, vorzugsweise paarweise gleichachsig zueinander angeordneten, zwischen jeweils zwei definierten Axialpositionen und

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zwar je einer zulaufseitigen und einer ablaufseitigen Axialposition hin und her bewegbaren mit einer Kolbengleitbahn und einem Gehäuse und gegebenenfalls einem axial benachbarten Kolben beiderseits des Kolbens je einen Druckraum bildenden Kolben, die einerseits, und zwar zulaufseitig, wenigstens mittelbar durch den Druck des zugeführten Kraftstoffes und andererseits - ablaufseitig - ebenfalls wenigstens mittelbar durch eine Rücklauffeder beaufschlagbar sind, ferner mit einer ungehinderten Leitungsverbindung des ablaufseitigen Kolbendruckraumes wenigstens eines der Kolben - Vorspritzkolben mit dem Druckraum der Ventilnadel und mit einer von der zulaufseitigen Axialposition axial um einen bestimmten Weg (Vorlaufstrecke) abgerückten von dem Kolben überdeckbaren das axiale Ende eines zur Kolbengleitbahn hin offenen Gehäusehohlraumes definierenden Steuerkante an den übrigen der Kolben - Hauptspritzkolben -, sowie mit einer ungehinderten Leitungsverbindung des bzw. der vor der Steuerkante liegenden Gehäusehohlraumes (-räume) mit dem Druckraum der Ventilnadel.

Bekanntlich haben Dieselmotoren im Vergleich zu Otto-Motoren zumindest im Teillastbereich einen relativ harten Gang, der davon herrührt, daß der während der Zündverzu_wgszeit in den Zylinderbrennraum eingespritzte Kraftstoff nach Zündbeginn fast gleichzeitig verbrennt. Dieses gleichzeitige Verbrennen rührt daher, daß durch den Druck- und Temperaturanstieg bei der Verbrennung der während der Zündverzugezeit zuerst eingebrachten Kraftstoffteilchen der Verzug bis zum Verbrennungebeginn der später eingebrachten Kraftstoffteilchen sehr stark verkürzt ist.

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- Man hat daher versucht, den Verbrennungsablauf dadurch zu beeinflussen_t daß man zunächst nur einen Teil der Einspritzmenge (Voreinspritzung) und etwas später deren Hauptteil einspritzt (Haupteinspritzung), so daß. die Einspritzmenge etwa entsprechend dem Einspritzgesetz zeitlich gestaffelt zu brennen anfängt und eich dementsprechend ein etwas weicherer Gang des Motors ergibt. Hierbei war man vor allem bestrebt, die Voreinspritzung zeitlich deutlich von der Haupteinspritzung abzusetzen (vgl. z. B. DT-OS 1 576 478).

Untersuchungen im Hinblick auf die Verbesserung der Motorabgase haben nun gezeigt, daß eine Ursache für Schadstoffe in den Abgasen eine schlechte Kraftstoffvernebelung während des Einspritzvorganges ist. Man hat herausgefunden) daß während der Öffnungs- und Schließphasen des Einspritzventiles eine Zerstäubung sehr stark behindert ist, weil der Durchflußwiderstand durch den sich öffnenden bzw. sich schließenden Ventilsitzspalt sehr groß ist im Vergleich zum voll geöffneten Ventil; die für eine gute Zerstäubung erforderliche Druckdifferenz wird in diesen Anlauf- bzw. Auslaufphasen für das Überwinden des Durchflußwiderstandes aufgebraucht, so daß ein guter Zerstäubungsstrahl während dieser Übergangszeiten nicht zustande kommt. Es ist demgemäß anzustreben, die Öffnungs- und Schließphasen möglichst rasch zu durchlaufen und die Anzahl dieser Phasen auf das unbedingte

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Minimum, nämlich auf zwei, d. h. nur einmal Offnen und nur einmal Schließen zu reduzieren. Bei der gegen die Haupteinspritzung abgesetzten Voreinspritzung wurden diese kritischen Phasen hingegen viermal durchlaufen.

Eine das viermalige Durchlaufen der Übergangsphasen vermeidende Art der Einspritzung ist die sogenannte Stufen— einspritzung, die sich von der erwähnten Vor- und Haupteinspritzung dadurch unterscheidet, daß während der Ein— spritzzeit zunächst mit einer kleineren Menge eingespritzt wird (Anfangsstufe) und daß dann ohne zwischenzeitlichen Ventilschluß in einem zweiten Abschnitt der Einspritzzeit mit einer größeren Menge eingespritzt und die der geforderten Leistung entsprechende Einspritzmenge eingebracht wird (Hauptstufe).

Verschiedene bekannte Bauarten der Stufeneinspritzung — wie im übrigen auch solche der Vor— und Haupteinspritzung - arbeiten mit einem Speicher, der während der Zeit der Anfangsstufe der Einspritzung Kraftstoff aufnimmt. Hierbei wird eine Kraft— oder Drucksteuerung der Ein— spritzmengen vorgenommen. D. h., die Verteilung der von der Einspritzpumpe geförderten Menge zur Ventilnadel und zum Speicher geschieht aufgrund unterschiedlicher Gleichgewichtslagen von federbelasteten Kolben oder Ventilen, die auf die Einspritzströme einen Einfluß nehmen können.

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Nachteilig an dieser Drucksteuerung ist grundsätzlich, daß die Einspritzvorgänge nur bei einer bestimmten Geschwindigkeit optimal sind, daß aber bei großer Abweichung von der Auslegungsgeschwindigkeit der Einspritzung größere Abweichungen von dem angestrebten Optimum eintreten können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzventil für eine Stufeneinspritzung anzugeben, das unabhängig von den einzuspritzenden Mengen und von den auftretenden Drehzahlen sich in seinem Verhalten stets nahe dem ausgelegten Einspritzverhalten hält. Hierbei geht die Erfindung aus von dem eingangs genannten aus der bereits erwähnten DT-OS 1 576 478 herleitbaren Einspritzventil. Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß alle abströmseitigen Druckräume der Hauptspritzkolben jeweils über eine eine definierte Drosselstelle (Abzwe^rössel) enthaltende Leitung (Abzweigleitung) mit einem Speicher verbunden sind.

Aufgrund der Abzwergdrossel in der zum Speicher führenden Abzweri^eitung wird in den Druckraum des Hauptspritzkolbens ein ähnlicher Druckwiderstand vorgetäuscht, wie an der Austrittsöffnung des Einspritzventiles selber; aufgrund der mechanischen Ankopplung des Vorspritz- und des Hauptspritzkolbens kommt es zu einer echten Volumenteilung, die von irgendwelchen last- oder drehzahlabhängigen Schwankungen unabhängig ist.

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Zum raschen Wiederauffüllen des Kolbendruckraumes aus dem Speicher ist es zweckmäßig, wenn der Speicher als Druckspeicher ausgebildet ist. Die beim Einspritzen abgezweigte Menge kann dann in den Pausen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einspritzvorgängen mit hohem Druckgefälle, das in dem Speicher gespeichert wurde, durch die Abzweigdrossel wieder zurückgeschoben werden. Ein solcher Druckspeicher kann z. B. als der Druckraum eines federbelasteten in einer Bohrung dichtend geführten ausweichbaren Kolbens ausgebildet sein. Diese Art des Druckspeicher· macht genau bearbeitete und eng aufeinander abgestimmte Teile erforderlich, die auf die Fertigungskosten des Ein— spritzventiles sich ungünstig auswirken können. Um diesen Fertigungsaufwand zu ersparen, kann als Druckspeicher auch ein druckfestes Gefäß oder eine Mehrzahl hydraulisch , ungehindert untereinander verbundener druckfester Gefäße konstanten Rauminhaltes ausgebildet sein, dessen Rauminhalt wenigstens dem k—fachen des oszillierenden Volumens der abströmseitigen Druckräume der (des) Hauptspritzkol— ben(i) entspricht, wobei k aus dem Kehrwert der Kompressibilität der Kraftstoffflüssigkeit dividiert durch den

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mittleren Druck WSäft/ der Anfangsstufe des Einspritzvorganges errechnet wird. Es wird bei dieser einfacheren Ausgestaltung des Druckspeichers die Elastizität der Kraftstoffflüssigkeit ausgenützt, ähnlich wie bei dem Windkesselprinzip , jedoch ohne Luft- oder Gaspolster. Diese Flüssigkeit·· elastizität ist zwar - absolut gesehen - sehr klein (ungefähr 6,7 Prq^jnüle je loo atü)j bei den hier in Frage kommenden Drücken und den je Arbeitsspiel zu handhabenden Men-

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gen spielt die Eigenelastizität der Flüssigkeit jedoch eine nicht vernachlässigbare Rolle, und zwar eine größere als die der Bauteilelastizitäten.

Bei den üblichen Einspritzventilen ist ein druckdichter Aufnähmeraum für die Ventilnadel-Schließfeder sowie ein Leitungsanschluß für diesen Raum vorgesehen; ferner weisen normalerweise die Einspritzpumpen für Dieselmotoren eine aus dem Kraftstoffvorratsbehälter ansaugende Vorförderpumpe zum raschen Auffüllen der Arbeitsräurae der den eigentlichen Einspritzdruck aufbauenden Einspritzpumpe auf. Der oben erwähnte Federraum|kann für die Zwecke der Erfindung als Speicherraum verwendet werden; dabei ist dann jedoch der Leitungsanschluß am Federraum mit der Druckseite der Vorförderpumpe zu verbinden. Der Druck der Vorförderpumpe kann ausreichend sein, um in den Zwischenpausen zwischen zwei Einspritzvorgängen das Ausweichvolumen durch die Ausweichdrossel hindurch in den Kolbendruckraum zurückzufordern. Ein völliger Abschluß des Federraumes ohne Entlastungsleitung etwa im Sinne des oben erwähnten Volumendruckspeichers ist nicht zulässig, da die Flüssigkeitselastizität in unkontrollierbarer Weise als zusätzliche Feder auf den Arbeitskolben der Ventilnadel einwirken würde. Eine Auffüllung des abströmseitigen Druckraumes des Hauptspritzkolbens kann dadurch beschleunigt und so auch einem Betrieb bei schnei· ler Einspritzfolge Rechnung getragen werden, wenn hydrau-

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lisch parallel zu der Abzweigdrossel ein in Richtung zum Speicher hin sperrendes Rückschlagventil angeordnet ist. Die Abzweigdrossel kann mit dem Rückschlagventil baulich vereinigt sein.

Um dem Ausweichstrom möglichst den gleichen Strömungswiderstand entgegenzusetzen wie der zur Einspritzung gelangenden Menge, kann vorgesehen sein, daß die Drosselwirkung der Abzweigdrossel etwa gleich groß ist wie die der Austrittsöffnung des Einspritzventiles.

Damit die übrigen Druckräume der Kolben nach Beendigung des Einspritzvorganges in der Zwischenzeit bis zur nächsten Einspritzung wieder ihre Ausgangslage einnehmen und die Kolbendruckräume sich wieder auffüllen können, ist vorgesehen, daß die gegenüberliegenden Seiten der Kolben durch eine Druckausgleichsdrossel miteinander verbunden sind. Diese Druckausgleichedrossel kann z. B. auch durch eine entsprechende Bemessung des Spieles (Ringspalt) zwischen Kolben und Kolbengleitbahn gebildet sein.

Um die Spritzmenge während der Anfangestufe der Einspritzung einstellen zu können, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß die Zulaufseitige Axialposition des Hauptspritzkolbens justierbar ausgebildet ist.

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Die Erfindung ist anhand dreier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele im folgenden näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Einspritzventil mit

einem als federnd abgestützten Kolben ausgebildeten Druckspeicher,

Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Ein-

spritzventiles mit einem Volumenspeicher als Druckspeicher, dessen Volumen unnachgiebig aber sehr groß gegenüber dem oszillierenden Anteil des Steuerkolb^ens ist,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Einspritzven

til nach Fig. 2 entlang der Linie III - III und

Fig. k ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ein—

spritzventiles mit Ausnutzung der Federkammer für die Ventilnadel als Druckspeicher.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele der Einspritzventile sollen zunächst so weit beschrieben werden, wie sie untereinander übereinstimmen. Ein Düsenkörper 1 mit Spritzöffnungen 2, die einen (fefinierten Strömungswiderstand darstellen, ist mittels einer Überwurfmutter 3 dichtend an einen Düsenhalter k festgespannt. Im Düsenkörper ist in einer

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zentralen genau gearbeiteten Bohrung axial gleitbar eine Ventilnadel 5 mit einer kolbenartigen Erweiterung 6 gelagert. An der Übergangsstelle von der Erweiterung 6 in den Nadelteil 5 weist der Düsenkörper einen ringförmigen Druckraum 7 auf, der den Druckraum für die Ventilnadel darstellt. Die Ventilnadel ist am äußersten Ende kegelig spitz ausgebildet und wird mit dieser Kegelfläche auf eine entsprechende Gegenfläche am Düsenkörper gedrückt, wodurch ein Ventilsitz 8 zustandekommt, der in Strömungsrichtung vor den Spritzöffnungen 2 liegt. Der Druckraun 7 der Ventilnadel erstreckt sich bis zum Ventilsitz.

Parallel neben dem Ventilnadelkolben 6 ist ein Paar von Steuerkolben 9 und Io angeordnet, die zueinander gleichachsig angeordnet sind und aufgrund ihres gegenseitigen AneinanderStoßens zwangsläufig miteinander gekoppelt sind. Wie noch zu erläutern sein wird, ist der kleinere untere Kolben Io der Vorspritzkolben und der obere größere (9) der Hauptspritzkolben. Die Kolben werden in die dargestellte Ruhelage durch die Feder 11 bewegt. Diese Feder ist relativ schwach und dient lediglich der Rückbewegung der Kolben 9 und Io in die Auegangslage während der Zeit zwischen zwei Einspritzvorgängen, nicht aber Steuerzwecken. Dies— und jenseits des Kolbens ist ein Druckraum vorhanden. Die Kolben sind von der von der Einspritzpumpe 12 herkommenden Einspritzleitung 13 und von dem Ringkanal l4 her nit Druck beaufschlagbar. Diese obere Seite der Kolben ist deren Zulaufseite. Der oberhalb des Hauptspritzkolbens 9 gelegene Druckraum 15 ist dessen zulaufseitiger

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Druckraum. Der unterhalb des Hauptspritzkolbens gelegene und gleichzeitig den oberhalb des unteren Vorspritzkolbens befindlichen Raum bildende Druckraum ist der ablauf seitige Druckraum l6 des Hauptspritzkolbens. Unterhalb des unteren Vorspritzkolbens ist dessen ablaufseitiger Druckraum 17 angeordnet.

Der Hauptspritzkolben und mit ihm der Vorspritzkolben ist mit seiner oberen Extremlage durch die Lage des sich am Grund des Ringkanales 14 abstützenden Anschlagzapfens l8 bestimmtι der durch Schleifen oder einen anderen Nachar— beitsgang auf die erforderliche Länge gebracht werden kann. Die obere Begrenzungskante 9a des Hauptspritzkol-

ausgeführt

bens ist mit einer definierten Form/lind aufgrund des beschriebenen Anschlagzapfens l8 in der Ruhelage in einer definierten Lage angeordnet. Um den Hauptspritzkolben 9 herum ist - die zylindrische Führungsfläche des Kolbens anschneidend - ein Ringraum 19 freigelegt. Die obere die Führungsfläche des Kolbens anschneidende Begrenzungskante 19a bildet eine mit der oberen Kolbenkante 9a korrespondierende Steuerkante. Der eine Vorlaufstrecke darstellende Abstand A der Steuerkanten ist - wie noch erläutert wird — die Kolbenlaufstrecke während der Anfangsstufe der Einspritzung.

Der ablaufseitige Druckraum 17 des Vorspritzkolbens Io steht durch den Kanal 2o ungehindert mit dem Druckraum 7 der Ventilnadel 5/6 in Verbindung. Ferner steht auch der

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Ringraum 19 über die Strömungsverbindung 21 ungehindert mit dem Ventilnadeldruckraum 7 in Verbindung. Nach Durchlaufen der Vorlaufstrecke A, wenn aufgrund des Öffnens der beiden Steuerkanten 9a und 19a eine unmittelbare Verbindung zwischen dem zulaufseitigen Druckraum 15 und dem Ringraum 19 besteht, ist auch über die Leitung 21 und den Ringraum 19 eine ungehinderte Verbindung zwischen dem Druckraum 151 d. h. zwischen der Einspritzleitung 13 und dem Ventilnadeldruckraum 7 hergestellt.

Die Ventilnadel 5/6 wird durch eine Feder 22 in Schließrichtung vorgespannt. Diese Feder ist in einem druckfesten dicht abgeschlossenen Raum, dem Federraum 23« angeordnet. Da der Federraum mit Lecköl des Kolbens 6 beaufschlagt wird und während des Anhebens des Kolbens 6 in Öffnungsrichtung auf der Kolbenrückseite dieses Öl verdrängt wird, ist der Federraum 23 über einen Leitungsanschluß 2k hydraulisch entlastet. Normalerweise wird dieser Entlastungsanschluß - so auch in den Aueführungsbeispielen nach Fig· 1 und 2 - drucklos in den Kraftstoffvorratsbehälter 25 geführt.

Soweit die Ausführungsbeispiele bisher beschrieben wurden, stimmen sie miteinander überein. Hinsichtlich der folgenden Merkmale besteht eine Übereinstimmung lediglich im Prinzipiellen oder Funktionellen. Diese Überein··

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Stimmung ist in dem Anschluß des mittleren Druckraumes l6, d. h. des ablaufseitigen Druckraumes des Hauptspritzkolbens über eine mit einer Drossel (Abzweigdrossel) versehenen Abzweigleitung an einem Druckspeicher zu sehen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Druckspeicher 26 in Form eines federbelasteten (Feder 27) in einer als Kolbengleitbahn ausgebildeten Bohrung 28 gleitbaren ausweichbaren Kolben 29 ausgebildet. Die Feder 27 ist relativ weich und dient lediglich dem zeitgerechten Rücklauf, nicht aber Steuerzwecken. Der Kolben 29 bildet mit der Bohrung 28 einen Druckraum 3°» der über eine Abzweigleitung 31t iⁿ der eine Drossel 32 angeordnet ist, mit dem ablaufseitigen Druckraum l6 des Hauptspritzkolbens 9 in Verbindung steht. Die Drossel 32 ist hinsichtlich ihres Strömungswiderstandes so ausgebildet, daß sie in dieser Hinsicht gleichwirkend mit den Einspritzöffnungen 2 ist. Der rückwärtige die Feder 27 aufnehmende Raum des Druckspeichers 26 ist in den Federraum 23 über die Leitung 33 hydraulisch entlastet.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Einspritzventiles ist nun folgende: Es sei angenommen, daß aufgrund einer entsprechenden Stellung der Teile der Einspritzpumpe 12 in der Einspritzleitung sich gerade ein Druck für einen Einspritzvorgang aufzubauen beginnt. Mit zunehmenden Einspritzdruck wird sich daher - ausgehend von der dargestell· ten Ausgangs- oder Ruhelage der Kolben 6, 9 und Io - der Hauptspritzkolben 9 entgegen der Kraft der Feder 11 nach

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unten bewegen. Der Hauptspritzkolben 9 schiebt dabei den Vorspritzkolben Io vor sich her und dieser verdrängt aus dem ablaufseitigen Druckraum 17 eine dem Kolbenhub entsprechende Menge in den Ventilnadeldruckraum, wobei gleich zu Beginn die Ventilnadel angehoben wird, und über den of-· fenen Ventilsitz 8 durch die Öffnungen 2 in den nicht dargestellten Zylinderarbeitsraum eines Dieselmotors. Gleichzeitig verdrängt der Hauptspritzkolben 9 aus seinem ablaufseitigen Druckraum l6 eine dem Kolbenhub entsprechende Menge (Abzweigmenge) über die Abzweigleitung und die darin angebrachte Abzweigdrossel in den Druckraum 30 des Druckspeichers 26. Aufgrund der gedrosselten Abfuhr der Abzweigmenge staut sich in dem Druckraum l6 ein etwa gleich hoher Druck (Abzweigdruck) auf, wie in dem ablaufseitigen Druckraum 17 des Vorspritzkolbens, der unmittelbar den Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen schiebt und mit deren Durchflußwiderstand belastet ist (Einspritzdruck während der Anfangestufe). Durch den erfindungsgemäß aufgebauten Abzweigdruck wird dem Hauptspritzkolben gewissermaßen vorgetäuscht, daß eine dem Kolbenhub mal der gesamten Fläche des Hauptspritzkolbens entsprechende Menge während der Vorlaufstrecke A eingespritzt werden würde; in Wirklichkeit ist es aber weniger. Würde der Abzweigdruck im Raum l6 nicht aufgebaut, sondern würde die Abzweigmenge ungehindert ausweichen können, so könnte die hydraulisch auf die zulaufseitige Fläche des großen Hauptspritzkolbens einwirkende Kraft unvermindert auf die kleinere Fläche des Vorspritzkolbens übertragen werden. Die Kolben 9 und Io

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würden also als hydraulische Übersetzung wirken mit der Folge« daß die Einspritzung mit einem dem Übersetzungsverhältnis entsprechenden höheren Druck, also rascher und mit größerer Strahlintensität erfolgt. Die Vorlaufstrecke wäre sehr rasch durchlaufen und es würde sich dann gleich - mit nicht übersetzten Einspritzdruck - die Hauptstufe der Einspritzung anschließen. Es wäre also gerade das Gegenteil von dem, was eigentlich angestrebt wird, erreicht, nämlich eine zeitliche Konzentration von Einspritzteilmengen am Einspritzbeginn.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaues eines Abzweiggegendruckes wird die hydraulische Übersetzung der Stufenkolbeneinrichtung gewissermaßen weggedrosselt. Der Ein— spritzdruck während der Anfangsstufe der Einspritzung ist der gleiche, wie der während der Hauptstufe, mit dem Unterschied, daß geringere Mengen eingespritzt werden. Und zwar ist die in der Anfangsstufe eingespritzte Menge gleich der von der Einspritzpumpe in dieser Zeit geförderten Menge abzüglich der Abzweigmenge. Diese Gesetzmäßigkeit läßt sich wegen der streng geometrischen Mengenabzweigung und wegen der Gleichwertigkeit und der Gleichwirkung der druckaufbauenden Drosseln, nämlich der Einspritzöffnungen 2 und der Abzweigdrossel 32 ohne weiteres aufstellen. Die genannte Gesetzmäßigkeit behält abgesehenjvon vernachläsaigbaren Leckmengen unter allen Umständen, also bei heißen und bei kalten Kraftstoffen (Viskositätsänderungen), bei hoher oder geringer Einspritzfolge (Drehzahl-

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änderungen) und bei großen und bei kleinen Einspritzmengen (Laständerungen) ihre Gültigkeit, da die Bedingungen in allen genannten Fällen für beide Arten von druckaufbauenden Strömungshindernissen jeweils während der Anfangsstufe der Einspritzung stets die gleichen sind.

Die geschilderte Anfangestufe der Einspritzung ist beendet, wenn der Hauptspritzkolben die Vorlaufstrecke A durchmessen hat. Da diese Strecke konstant ist und sich nicht etwa last- oder drehzahlabhängig ändert und da ferner die Einspritzmenge während der Anfangsstufe ausschließlich von dem Kolbenhub des Vorspritzkolbens, also von der Vorlaufstrecke bestimmt ist, ist die Teileinspritzmenge während der Anfangsstufe stets die gleiche. Es kann lediglich zu einem last- und/oder drehzahlabhängigen mehr oder weniger raschen Ablauf der Anfangestufe kommen. In jedem Fall ist aber auch die Anfangsstufe von der Hauptstufe der Einspritzung mengenmäßig deutlich unterscheidbar, da nach der oben aufgestellten Mengenbilanz die je Zeiteinheit eingespritzte Menge in der Anfangestufe - wie dargelegt - in jedem Fall wenigstens im Mittel um die Abzweigmenge niedriger ist als während der Hauptstufe.

Am Ende der Vorlaufstrecke öffnen sich die Steuerkanten 9a und 19a und stellen eine Verbindung zwischen dem zulaufseitigen Druckraum 15 des Hauptspritzkolbens und dem Ringraum 19 her, so daß eine ungehinderte Strömungs-

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Verbindung von der Einspritzleitung über die Räume bzw. Leitungen 15_t 19, 21 zum Ventilnadeldruckraum 7 hergestellt wird. Da diese Räume alle auch schon gegen Ende
der Anfangsstufe unter Einspritzdruck standen und der
Einspritzdruck in der Hauptstufe in gleicher Höhe weiter besteht, kommt es zu keiner Druckunterbrechung und demgemäß zu keiner Unterbrechung der Einspritzung. Es wird im Ausmaß des Sichöffnens der Steuerkanten 9a und 19a
kontinuierlich auf größere Einspritzmengen ohne nennenswerte Druckänderungen übergeleitet. Gegen Ende des Förderhubes des nicht dargestellten Kolbens der Einspritzpumpe 12 beginnt der Druckabbau im System und das Ende
der Einspritzung. Die Einspritzgeschwindigkeit und demgemäß der durch die Einspritzöffnungen 2 zurückgestaute Druck im Ventilhadeldruckraum 7 sinken ab. Die Schließfeder 22 vermag die Nadel 5 und den Kolben 6 nach unten zu bewegen, womit noch ein gewisses Ölvolumen an ^raftstoffflüssigkeit mit nachlassendem Einspritzdruck abgespritzt wird. Danach schließt die Ventilnadel und der
Einspritzvorgang ist beendet.

Nach Beendigung des Einspritzvorganges müssen der Vor-
und der Hauptspritzkolben Io bzw. 9 und der Druckspeicherkolben 29 in die dargestellte Ausgangelage zurücklaufen. Hierzu dienen die Rücklauffedern 11 und 27. Bei Viertaktverbrennungsmotoren steht den Kolben 9 und Io sowie den Druckspeicherkolben 29 die Zeit von etwa knapp zwei Kurbelwellenumdrehungen zur Verfügung; das ist über dreißig mal so lange wie die Einspritzung maximal dauert. Es können

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wegen dieser vergleichsweise langen zur Verfugung stehenden Rücklaufzeiten die Druckräume untereinander mit Druckausgleichsdrosseln (Rücklaufdrosseln) verbunden sein, die bei richtiger Bemessung auf das Einspritzgesetz des Ventiles keinen nennenswerten Einfluß ausüben. Das treibende Druckgefälle für die Drosselströmung erzeugen die Rücklauffedern. Die Rücklaufdrossel für den Druckspeicher 26 ist identisch mit der Abzweigdrossel 32. Die Rücklaufdrosseln der Kolben 9 und Io bzw. der zugehörigen Druckräume sind im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch eine entsprechend große Bemessung des Spieles zwischen den Kolben und der entsprechenden Kolbenführungsfläche geschaffen, so daß ein Ringspalt entsteht. Statt dessen können die Kolben oder die Kolbenführungen mit einer oder mit mehreren axial verlaufenden feinen Längsrillen definierten Querschnittes versehen sein. Bei der Rillenausführung der Drosseln würde im Gegensatz zur Ringspaltdrossel die Führungsgenauigkeit der Kolben nicht leiden.

Das Aueführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 durch die Ausbildung des Druckspeichere als unnachgiebigen Volumenspeicher 4o, der aua mehreren druckdicht verschlossenen um die Ventilnadel 6 herum im Düsenkörper l· angeordneten und untereinander durch reichlich bemessene Leitungen 4l in Verbindung stehenden Bohrungen gebildet ist. Der Volumenspeicher ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit seinem Rauminhalt etwa hundert mal größer ausgebildet als der oszillierende Anteil des Druckraumes 16. Bei diesen Größenverhältnissen

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der Druckräume und den auftretenden Drücken kann die Eigenelastizität der Kraftstoffflüssigkeit ausgenützt werden. Diese beträgt etwa 6,7 Promille je loo atü. Bei einem Druck von 15o atü komprimiert sich also die Flüssigkeit um etwa 1 % ihres ursprünglichen Volumens. Ein Volumenanteil dieser Größenordnung entspricht etwa dem oszillierenden Anteil des Druckraumes l6 und das verdrängte Volumen kann aufgrund der Eigenelastizität der Kraftetoffflüeeigkeit in den Räumen 4o aufgenommen werden. Die Flüssigkeit wirkt dabei ähnlich wie eine Feder oder wie das Gaspolster in einem Windkessel·

Der Druckraum 16 steht über eine Drosselbohrung 42, die zugleich Abzweigleitung und Abzweigdrossel darstellt, mit dem Druckspeicher ko in Verbindung. Die Drossel k2 ist hinsichtlich der Drosselwirkung so bemessen, daß sie etwa den gleichen Flüssigkeitsrückstau hervorruft wie die Einspritzöffnungen 2. Der in der Kraftstoffflüssigkeit gespeicherte Druck schiebt das komprimierte Volumen nach dem Einspritzvorgang wieder schnell durch die Drossel k2 zurück in d«n Raum l6.

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Bei dem Ausführungsbeispiei nach Fig. 4 ist der druckdichte Federraum 23 für die Ventilnadel-Schließfeder 22 als Druckspeicher 45 ausgenützt. Für diese Zwecke ist der Entlastungaanschluß 24 des Federraumes nicht, wie sonst, drucklos in den Kraftstoffvorratsbehälter geführt. Es ist der Federraum 23 vielmehr unter einen geringen Überdruck gesetzt. Dieser Überdruck wird erzeugt durch die der Einspritzpumpe 12 hydraulisch vorgeschaltete Vorförderpumpe 46, an deren Druckstutzen 47 die Entlastungeleitung 24 angeschlossen ist. Da dieser Druck aber nur relativ klein ist, ist parallel zu der in der zum Federraum 23 führenden Abzweigleitung 48 angeordneten Abzweigdrossel 49 ein in Abzweigrichtung sperrendes Rückschlagventil 5o vorgesehen· Dieses Rückschlagventil ist zu Beginn der Einspritzung, weil die Rückströmung abgeschlossen ist, geschlossen. Ausgehend von dieser geschlossenen Stellung des Rückschlagventiles strömt die vom Kolben 9* au· dem Raum l6 verdräng— te Abzweigmenge lediglich durch die Abzweigdrossel hindurch, so daß im Raum 16 - aufgrund einer entsprechenden Dimensio-Ilerung der Abzweigdrossel - ein etwa dem Einspritzdruck ent·· sprechender Druck aufgestaut wird. Bei der Rückzugbewegung des Kolbens 9* und den Wiederauffüllen des Raumes 16 aus dem Federraum 23 öffnet sich das Rückschlagventil 5o und der Raum l6 kann sich auch bei dem relativ geringen Druckgefälle rasch wieder auffüllen.

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Bei dem in Fig. k gezeigten Aueführungsbeispiel sind die beiden Kolben 9' und Io· im Unterschied zu den Beispielen nach den Figuren 1 bis 3 als ein einheitlicher Stufenkolben ausgebildet. Der ablaufseitige Druckraum 17 des Vorspritzkolbens Io' steht mit dem zulaufseitigen Druckraum 15 des Hauptspritzkolbens 9¹ über die Längsbohrung 51 und die Drossel 52 in Verbindung. Die Drossel 52 ist so klein bemessen, daß sie während der kurzen Einspritzzeit keinen nennenswerten Einfluß hat, zumal da das Druckgefälle über die Drossel hinweg wesentlich kleiner ist, als der Einspritzdruck selber.

Der ablaufseitige Druckraum l6 des Hauptspritzkolbens ist mit dessen zulaufseitigem Druckraum 15 ebenfalls über die Längsbohrung 51 und die weitere Drossel 52 verbunden. Die Drossel 53 ist an einer solchen Position angebracht, daß sie beim Eintauchen des Vorspritzkolbens durch die Führungsfläche des Kolbens abgedeckt und wirkungslos gemacht wird. Lediglich in der dargestellten Ruhelage kann ein Druckausgleich über sie hinweg stattfinden.

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Claims

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Ansprüche

(1 Λ Kraftstoff-Einspritzventil für Verbrennungskraftmaschi— nen, insbesondere für Dieselmotoren, mit einer im Schließsinn durch eine Feder und im Öffnungssinn durch den Druck des zugeführten Kraftstoffes beaufschlagbaren Ventilnadel, der ein mit dem Ventilgehäuse gebildeter nach außen durch den Ventilsitz der Ventilnadel verschließbarer Druckraum zugeordnet ist, wobei ia Strömungsrichtung jenseits des Ventilsitzes wenigstens eine einen definierten Drosselwiderstand darstellende Austrittsöffnung eingeordnet ist, ferner mit wenigstens zwei wenigstens in einer Bewegungsrichtung kinematisch aneinandergekoppelten vorzugsweise paarweise gleichachsig zueinander angeordneten zwischen jeweils zwei definierten Axialpositionen und zwar je einer zulaufseitigen und einer ablaufseitigen Axialposition hin und her bewegbaren mit einer Kolbengleitbahn und einem Gehäuse und gegebenenfalls mit einem axial benachbarten Kolben beiderseits des Kolbens je einen Druckraum bildenden Kolben, die einerseits und zwar zulaufseitig wenigstens mittelbar durch den Druck des zugeführten Kraftstoffes und andererseits - ablaufseitig - ebenfalls wenigstens mittelbar durch eine Rücklauffeder beaufschlagbar sind, ferner mit einer ungehinderten Leitungsverbindung des ablaufseitigen Kolbendruckraumes wenigstens eines der Kolben - Vorspritzkolben - mit dem Druckraum der Ven-

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tilnadel und mit einer von der zulaufseitigen Axialpo-βition axial um einen bestimmten Weg - Vorlaufstrecke -abgerückten, von dem Kolben iiberdeckbarem das axiale Ende eines zur Kolbengleitbahn hin offenen Gehäusehohlraunec definierenden Steuerkante an den übrigen der Kolben — Hauptspritzkolben -, sowie mit einer ungehinderten Leitungsverbindung des bzw. der vor der Steuerkante liegenden Gehäusehohlraumes (-räume) mit dem Druckraum der Ventilnadel, dadurch gekennzeichnet , daß alle ablaufseitigen Druckräume (16) der Hauptspritzkolben (9« 9') jeweils über eine eine definierte Droeeelstelle (Abzweigdrossel 32, 42 oder 49) enthaltende Leitung (Abzweigleitung 31» 42 bzw. 48) mit einem Speicher (26, 4o bzw. 45) verbunden sind.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Speicher als ein Druckspeicher (26, 4o, 45) ausgebildet ist.

3· Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Druckspeicher als der Druckraum (30) eines federbelasteten (Feder 27) in einer Bohrung (28) dichtend geführten auβweichbaren Kolbens (29) ausgebildet ist. '

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4. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Druckspeicher als druckfestes Gefäß oder als eine Mehrzahl hydraulisch ungehindert verbundener (Leitungen 4l) druckfester Gefäße (4o) konstanten Rauminhaltes ausgebildet ist, dessen Rauminhalt wenigstens dem k-fachen des oszillierenden Volumens der abströmseitigen Druckräume (l6) der (des) Hauptspritzkolben(s) (9) entspricht, wobei k aus dem Kehrwert der Kompressibilität der Kraftstoffflüssigkeit dividiert durch den mittleren Druckwert der Anfangsstufe des Einspritzvorganges errechnet wird.

5· Einspritzventil nach Anspruch 1 mit einem druckdichten Aufnahmeraum (Federraum) für die Ventilnadel-Schließfeder sowie mit einem Leitungsanschluß an diesen Raum, ferner mit einer Vorförderpumpe für die den eigentlichen Einspritzdruck aufbauende Einspritzpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß der Fe-. derrauia (23) als Speicherraum verwendet ist und daß der Leitungsanschluß (24) am Federraum (23) mit der Bruckseite (47) der Vorförderpumpe (46) verbunden ist.

6. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselwirkung der Abzweigdroseel etwa gleich groß ist wi· die der Austrittsöffnungen (2) des Einspritzventiles.

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7· Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß hydraulisch parallel zu der Abzvreigdrossel (49) ein in Richtung zum Speicher (45) hin sperrendes Rückschlagventil (5o) angeordnet ist.

8. Einspritzventil nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Abzvreigdrossel in
das Rückschlagventil eingebaut ist.

9. Einspritzventil nach einem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet , daß die gegenüberliegenden Seiten der Kolben (9¹, lo·) durch
eine Druckausgleichsdrossel (52, 53) miteinander verbunden sind (Fig. 4).

10. Einspritzventil nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß die Druckausgleichsdrossei durch eine entsprechende Bemessung des Spieles
(Ringspaltes) zwischen Kolben (9, Io) und Kolbengleitbahn gebildet ist (Fig. 1 und 2).

11. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis lo,
dadurch gekennzeichnet, daß die zulaufseitige Axialposition der (des) Hauptspritzkolben(s) (9, 9') justierbar ausgebildet ist (Anschlagzapfen 18).

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