DE2930716C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drosselzapfendüse für die Kraftstoffeinspritzung bei einer Diesel-Brennkraftmaschine mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der DE-PS 6 63 301 ist eine solche Drosselzapfendüse (Fig. 1 bis 5) bekannt, deren Düsennadel über eine Druck­ stange und einen gesonderten Federteller an einer Schrauben­ druckfeder im Federraum abgestützt ist. Hier ist eine Schraubenfeder mit hoher Steifigkeit verwendet, durch die erreicht werden soll, daß der erste Teil des Nadelöffnungs­ hubes, in dem der drosselnde Zapfen der Düsennadel aus dem Spritzloch noch nicht ausgetaucht ist, sich nicht zu schnell abspielt. Durch die Verminderung der Öffnungsbewegung er­ gibt sich eine flach ansteigende Einspritzcharakteristik mit einem günstigen Verbrennungsablauf sowie verminderten Ver­ brennungsgeräuschen.

Die Praxis hat nun gezeigt, daß bei Drosselzapfendüsen der durch den Zapfen der Düsennadel und dem Spritzloch im Düsenkörper gebildete Ringspalt im Laufe des Motor­ betriebes zunehmend verkokt, wobei es nach einer zu­ nehmenden Verringerung des Spaltquerschnittes schließlich zu einem völligen Zukoken des Ringspaltes durch Verbrennungs­ rückstände kommen kann. Dies führt dann zu einem ver­ schlechterten Verbrennungsablauf und einem ungünstigen Ein­ fluß auf das Verbrennungsgeräusch. Wenn auch damit gerechnet werden kann, daß der entlang einer unregelmäßigen Oberfläche entstandene Koksbelag während des Motorbetriebes durch den bei geöffneter Düse unter hohem Druck ausströmenden Diesel­ kraftstoff gelegentlich stellenweise ausbröckelt, so wirkt sich doch die hierdurch verursachte unregelmäßige Steuerung der Kraftstoffeinspritzung während des ersten An­ hebens der Düsennadel nachteilig auf die Strahlform der Zerstäubung und damit auf die Verbrennung aus.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die be­ troffene Drosselzapfendüse so zu vervollkommnen, daß auch während eines längeren Motorbetriebes zwischen dem Drossel­ zapfen und dem Spritzloch um den ganzen Drosselzapfen herum nach Möglichkeit ein einigermaßen gleichmäßiger Ringspalt erhalten bleibt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei einer solchen Ausbildung der Drosselzapfendüse wird der im Bereich der zusammenwirkenden Enden von Düsennadel und Zwischenkolben ausgebildete Ringraum beim Betrieb der Diesel- Brennkraftmaschine mit den üblichen hohen Einspritzdrücken mit entlang der Führungsbohrung der Düsennadel entweichen­ dem Leckkraftstoff gefüllt. Da dieser Ringraum beim Anheben der Düsennadel durch seine kolbenseitige Querschnittsver­ ringerung verkleinert wird, hat beim Betrieb der Brennkraft­ maschine jedes Anheben der Düsennadel zur Folge, daß der im genannten Ringraum befindliche Leckkraftstoff unveränder­ lichen Volumens den Zwischenkolben entgegen der Kraft der Druckfeder von der Düsennadel abhebt, bis schließlich die Schraubendruckfeder den Zwischenkolben am Ende des Hubes der Düsennadel nach dem Entweichen einer entsprechenden Leck­ kraftstoffmenge durch die Kraftstoffablaßbohrung des Zwischen­ kolbens in den Federraum hinein wieder an die Düsennadel an­ drückt. Der während des anschließenden Rückhubes der Düsen­ nadel in ihre Schließstellung verbleibende Aufsitz des Zwischen­ kolbens auf der Düsennadel hat zur Folge, daß die mit der während des Rückhubes erfolgenden Entspannung der Schrauben­ druckfeder einhergehende Drehbewegung von deren auf dem Feder­ teller aufsitzenden Ende über den Zwischenkolben auch auf die Düsennadel übertragen wird. Da das Volumen des Ringraumes zwischen der Düsennadel und dem Zwischenkolben bei diesem Rückhub wieder zunimmt, ist hierbei kein Abheben des Zwischen­ kolbens von der Düsennadel möglich; der im Ringraum durch die Volumenzunahme entstehende Unterdruck sorgt lediglich dafür, daß neuer Leckkraftstoff entlang der Führungsbohrung der Düsennadel in diesen Ringraum hineingesaugt wird. Die Bildung des Ringraumes durch Vergrößerung der Führungs­ bohrungen im Bereich der gegenüberliegenden Enden von Nadel und Zwischenkolben hat dabei insofern Vorteile, als Ver­ formungen an der Trennstelle zwischen dem Zwischenstück und dem Düsenkörper oder ein möglicher Versatz der Führungs­ bohrungen im Düsenkörper und Zwischenstück die einwand­ freie Hubbewegung der Düsennadel nicht beeinträchtigen können.

Die vorgenannte Wirkungsweise hat zur Folge, daß im Ver­ laufe des Betriebes der Brennkraftmaschine die während des Öffnungshubes ohne eine nennenswerte Drehbewegung verschobene Düsennadel während jedes Rückhubes durch die Schraubendruckfeder in jeweils gleichem Drehsinn eine ständige schrittweise Weiterdrehung erfährt, durch welche infolge der Exzentrizität des Drosselzapfens gegenüber dem Nadelschaft der Düsennadel etwaige radial ineinandergreifende Koksbeläge der Düsenbohrung und des Drosselzapfens aneinander abgerieben werden, so daß ein einigermaßen gleichmäßiger Restringspalt verbleibt.

Die Drehbewegung der Düsennadel herbeiführende Maßnahmen sind zwar aus der DE-PS 12 52 968 bekannt, die jedoch die Düsennadel in Abhängigkeit von der Motorbelastung ver­ drehen. Hier soll durch die zwangsgesteuerte Verdrehbar­ keit des mit einer schräg verlaufenden Nut ausgerüsteten und sonst in einer Bohrung dichtend geführten Nadelzapfens der Düsenstrahl entsprechend der erforderlichen Betriebs­ weise entweder an die Brennraumwand oder in den Brennraum direkt gerichtet werden. Verkokungsprobleme im Bereich des Nadelzapfens sind hier nicht angesprochen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.

Dabei sei mit Bezug auf den Anspruch 2 auf die DE-OS 27 26 296 hingewiesen, aus der die in diesem Anspruch angegebenen Merkmale in Verbindung mit einer Mehrlochdüse an sich be­ kannt sind.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand einer Zeichnung, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Drosselzapfendüse in einem Längsschnitt zeigt, beschrieben.

Die dargestellte Drosselzapfendüse nimmt in einer hülsen­ förmigen Überwurfmutter 1 mit einem äußeren, zum Ein­ schrauben der Düse in eine (nicht dargestellte) Aufnahme­ bohrung des zugeordneten Arbeitszylinders einer Diesel-Brenn­ kraftmaschine dienenden Gewinde 2 austrittsseitig einen Düsen­ körper 3, daran anschließend ein als Zwischenscheibe ausge­ bildetes Zwischenstück 4 und anschlußseitig schließlich einen Düsenhalter 5 auf, dessen äußeres Ende einen Anschluß­ stutzen 6 zum Anschluß einer üblichen von einer Einspritz­ pumpe ausgehenden (nicht dargestellten) Einspritzleitung bildet. Außerdem weist der Düsenhalter 5 noch einen über einen Kanal 7 mit einem in ihm befindlichen Federraum 8 ver­ bundenen Leckölanschlußnippel 9 für Leckkraftstoff auf. An der anschlußseitigen Stirnwand des Federraumes 8 ist eine Schraubendruckfeder 10 abgestützt, die sich einspritz­ seitig an einem Federteller 11 abstützt. Der Federteller 11 ist Bestandteil eines axial anschließenden, in einer axialen Führungsbohrung 12 des Zwischenstücks 4 geführten Zwischen­ kolbens 13, an dessen freiem Ende eine in üblicher Weise mit einem Nadelschaft in einer axialen Führungsbohrung 14 des Düsenkörpers 3 geführte Düsennadel 15 mit ihrer Stirnfläche 15′ abgestützt ist. An ihrem freien Ende ist die Düsennadel 15 kegelförmig zu einem Abschlußkörper 16 verjüngt, an den axial ein Drosselzapfen 17 anschließt, der in der darge­ stellten Schließstellung ein austrittsseitiges Spritzloch 18 des Düsenkörpers 3 durchsetzt, wobei zwischen dem Drossel­ zapfen 17 und der Düsenbohrung 18 ein Ringspalt 19 ver­ bleibt, dessen radiale Weite lediglich in der Größenordnung von 10 bis 20 µ liegt.

Der Ringspalt 19 erweitert sich in den Düsenkörper 3 hinein zu einem Kegelsitz 20 für den Abschlußkörper 16 und weiter­ hin zu einer Druckkammer 21, die über verschiedene, im wesentlichen etwa achsparallel verlaufende Anschlußkanäle 22, 23 und 24 des Düsenkörpers 3, des Zwischenstücks 4 und des Düsenhalters 5 mit dem Anschlußstutzen 6 in Ver­ bindung steht. Außerdem befindet sich in dem vom Feder­ raum 8 zum Leckölanschlußnippel 9 führenden Kanal 7 noch ein nach dem Anschlußnippel 9 hin öffnendes Überdruck­ ventil 25.

Wie aus der Zeichnung weiterhin ersichtlich ist, weist der Zwischenkolben 13 einen etwas geringeren Durchmesser als die Düsennadel 15 und einspritzseitig einen Endabschnitt 26 auf, der zur Bildung einer Druckschulter 13′ nochmals auf einen kleineren Durchmesser abgesetzt ist und zugleich die als Dichtfläche ausgebildete Abstützfläche bzw. Stirn­ fläche 27 gegenüber der Düsennadel 15 trägt, so daß sich an dieser Stelle ein Ringraum 28 ergibt. Die lichte Weite dieses somit im Hubbereich der Stirnfläche 27 befindlichen Ringraumes 28 ist etwas größer als der Durchmesser der Führungsbohrung 14 für die Düsennadel 15. Weiterhin ist der Zwischenkolben 13 axial von einer in den Federraum 8 aus­ mündenden Kraftstoffablaßbohrung 29 durchsetzt, deren nadelseitiges Ende gegenüber dem Ringraum 28 normalerweise durch die an der Stirnfläche 27 abgestützte Düsennadel 15 abgeschlossen ist.

Schließlich steht der Ringraum 28 noch über einen im wesentlichen achsparallel verlaufenden Kanal 30, in dem sich ein nach dem Ringraum 28 hin öffnendes Rückschlagventil 31 befindet, mit dem Federraum 8 in Verbindung.

Die beschriebene Drosselzapfendüse arbeitet wie folgt:

Zu Beginn eines Einspritzvorganges bewirkt der vom Anschluß­ stutzen 6 her in den Ringraum 21 unter hohem Druck zugeführte Dieselkraftstoff eine Öffnungsbewegung der Düsennadel 15 in den Düsenkörper 3 hinein. Sofern die Düse erstmals in Betrieb genommen worden sein sollte, bewirkt der aufgrund des hohen Einspritzdruckes entlang der Führungsbohrung 14 des Düsen­ körpers 3 in den Ringraum 28 entweichende Leckkraftstoff ein schnelles vollständiges Ausfüllen dieses Raumes, wobei die zunächst darin vorhanden gewesene Luft entlang der Führungsbohrung 12 des Düsenhalters 4 nach dem unter einem vernachlässigbar geringen Druck stehenden Federraum 8 hin entweicht.

Wird die Düsennadel 15 zu Beginn eines folgenden Einspritz­ vorganges entgegen der Kraft der Schraubendruckfeder 10 aus ihrer Schließstellung angehoben, dann bewirkt die aufgrund des kleinen Durchmessers des Zwischenkolbens 13 gegenüber dem Durchmesser der Düsennadel 15 hierbei erfolgende Ver­ kleinerung des Ringraumes 28 ein Abheben des Zwischenkolbens 13 von der Stirnfläche 15′ der Düsennadel 15 entgegen der Kraft der entsprechend weiter zusammengedrückten Schrauben­ druckfeder 10, wobei ein der Volumenverringerung ent­ sprechendes Kraftstoffvolumen aus dem Ringraum 28 durch die Kraftstoffablaßbohrung 29 in den Federraum 8 entweicht. Sobald der Ringraum 28 am Ende des Öffnungshubes der Düsen­ nadel 15 sein Mindestvolumen erreicht hat, wird der Zwischen­ kolben 13 erneut fest an die Stirnfläche 15′ der Düsen­ nadel 15 angedrückt, wobei dieser feste Aufsitz während des ganzen Rückhubes der Düsennadel 15 in ihre darge­ stellte Schließstellung beibehalten bleibt. Durch die hier­ bei erfolgende Wiedervergrößerung des Ringraumes 28 wird erneut Leckkraftstoff sowohl durch den Kanal 30 als auch entlang der Führungsbohrung 14 in den Ringraum 28 gesaugt, so daß dieser Raum während der weiteren Arbeit der Düse stets mit Dieselkraftstoff ausgefüllt ist.

Aus der vorstehend beschriebenen Wirkungsweise der Düse ergibt sich, daß die Düsennadel 15 während ihrer Öffnungs­ hübe jeweils ohne eine mechanische Verbindung zum Zwischen­ kolben 13 verbleibt und somit auch nur im wesentlichen axial einwärts verschoben wird. Umgekehrt bleibt die Düsen­ nadel 15 während jedes Auswärtshubes fest und zugleich dicht am Zwischenkolben 13 abgestützt, der durch seine anderseitige Abstützung an der Feder infolge deren Ausbildung als Schraubendruckfeder 10 jeweils eine gleichsinnige Mitver­ drehung erfährt. Die Folge ist eine schrittweise gleich­ förmige Weiterdrehung der Düsennadel 15 bei jedem Schließ­ hub, die auch eine entsprechende schrittweise gleichsinnige Mitdrehung des Drosselzapfens 17 in der Düsenbohrung 18 zur Folge hat. Sofern sich der nur sehr schmale Ringspalt 19 zwischen Spritzloch 18 und Drosselzapfen 17 durch eine Ab­ lagerung von Verbrennungsrückständen in der Düsenbohrung 18 und am Drosselzapfen 17 so weit verkleinern sollte, daß beiderseitige Koksablagerungen radial ineinandergreifen, dann bewirkt die vorgenannte ständige schrittweise Drehung des Drosselzapfens 17 in der Düsenbohrung 18 ein gegen­ seitiges Abbrechen und Abreiben der vorstehenden Ablagerungen. Da die unvermeidbaren Fertigungstoleranzen außerdem in der Regel auch zu einer mehr oder weniger exzentrischen Lage des Drosselzapfens 17 in dem Spritzloch 18 führen, hat die vor­ genannte schrittweise Drehung des Drosselzapfens 17 weiter­ hin zur Folge, daß auch nach längerem Motorbetrieb um den Drosselzapfen 17 herum ein ausreichender Restringspalt ver­ bleibt.

Da davon ausgegangen werden kann, daß der beim Betrieb der Düse den Federraum 8 ausfüllende Leckkraftstoff schon auf­ grund der im Ringraum 28 auftretenden Saugwirkung durch den Kanal 30 in den Ringraum 28 gesaugt wird, kann auf das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Kanal 7 vorgesehene Überdruckventil 25 auch verzichtet werden. Zweckmäßig wäre gegebenenfalls ein geringer Überdruck im Federraum 8, um diesen mit Sicherheit vollständig mit Kraftstoff gefüllt zu halten. Dieser Druck kann beispielsweise von der Kraftstoff- Vorförderpumpe geliefert werden. Da, wie schon erwähnt, damit gerechnet werden kann, daß bereits die vorgenannte Saug­ wirkung zu einer jeweils vollständigen Ausfüllung des Ring­ raumes 28 durch die Führungsbohrung 14 durchsetzenden Leck­ kraftstoff führt, kann außerdem auch auf den beim darge­ stellten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Kanal 30 nebst Rückschlagventil 31 verzichtet werden. Schließlich könnte der Drosselzapfen 17 an der Düsennadel 15 auch bewußt um einen gegenüber der vorgesehenen Breite des Ringspaltes 19 kleineren Betrag exzentrisch angeordnet sein, damit während der betriebsmäßigen Drehung des Drosselzapfens 17 in dem Spritzloch 18 von vornherein eine bestimmte Restbreite des Ringspaltes 19 zwischen den ihn umgebenden Koksablagerungen sichergestellt wird.

Claims (4)

1. Drosselzapfendüse für die Kraftstoffeinspritzung bei einer Diesel-Brennkraftmaschine, deren in einer Führungs­ bohrung im Düsenkörper mit ihrem Nadelschaft axial ge­ führte, entgegen der Kraftstoffströmungsrichtung öffnende Düsennadel, den mit einem koaxial zur Führungsbohrung ausge­ richteten Spritzloch im Düsenkörper zusammenwirkenden Drosselzapfen aufweist und am entgegengesetzten Ende über ein an der Düsennadel anliegendes Druckteil sowie einen anschließend daran angeordneten Federteller an einer in einem Federraum der Düse angeordneten Schraubendruckfeder abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckteil als Zwischenkolben (13) ausgebildet ist, der, mit dem Federteller (11) festverbunden, in einer Führungsbohrung (12) in einem an dem Düsenkörper (3) an­ liegenden sowie den Federraum (8) einspritzseitig begrenzen­ den Zwischenstück (4) dichtend geführt ist, wobei der Führungsdurchmesser des Zwischenkolbens (13) kleiner ist als der Nadelschaftdurchmesser der Düsennadel (15), und der düsennadelseitig zur Bildung einer Druckschulter (13′) einen im Durchmesser nochmals verkleinerten Endabschnitt (26) aufweist, wobei von der Stirnfläche (27) des End­ abschnitts (26) eine den Zwischenkolben (13) durchsetzende, im Federraum (8) der Düse ausmündende Kraftstoffablaß­ bohrung (29) ausgeht und die radial zur Zwischenkolben­ achse verlaufende ebene Stirnfläche (27) des Endabschnitts (26) mit einer entsprechend verlaufenden ebenen Stirn­ fläche (15′) am gegenüberliegenden Ende der Düsennadel (15) dichtend zusammenwirkt, daß ferner im Hubbereich der beiden zusammenwirkenden Stirnflächen (27, 15′) von Zwischenkolben (13) und Düsennadel (15) ein erweiterter Ringraum (28) durch Vergrößerung entweder des düsenkörperseitigen Endes der Führungsbohrung (12) für den Zwischenkolben (13) auf den Durchmesser der Führungsbohrung (14) für die Düsennadel (15) oder der beiden einander gegenüberliegenden Enden beider Führungsbohrungen (14, 15) über den Durchmesser der Düsen­ nadel-Führungsbohrung (14) hinaus ausgebildet ist, und daß außerdem der Drosselzapfen (17) gegenüber dem Nadelschaft der Düsennadel (15) eine Exzentrizität aufweist.

2. Drosselzapfendüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (4) eine Zwischenscheibe ist, die mit Hilfe einer Überwurfmutter (1) zwischen dem Düsen­ körper (3) und einem mit einem Anschlußstutzen (6) für eine Einspritzleitung versehenen, den Federraum (8) mit der Schraubendruckfeder (10) aufnehmenden sowie einen mit dem Federraum (8) über einen Kanal (7) in Verbindung stehenden Leckölanschlußnippel (9) aufweisenden Düsen­ halter (5) eingespannt ist.

3. Drosselzapfendüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den Leckölanschlußnippel (9) mit dem Federraum (8) verbindenden Kanal (7) ein zum Anschlußnippel (9) hin öffnendes Überdruckventil (25) angeordnet ist.

4. Drosselzapfendüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zwischenscheibe ein parallel zum Zwischen­ kolben (13) diese durchsetzender sowohl an den Ring­ raum (28) als auch an den Federraum (8) angeschlossener Kanal (30) mit einem zum Ringraum (28) hin öffnenden Rückschlagventil (31) angeordnet ist.