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Kraftstoffeinspritzventil für Brenn-
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kraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil
für Brennkraftmaschinen zum Einspritzen von zwei getrennt durch Zulaufbohrungen
zugcführte? Kraftstoffen,wobei durch eine erste Zulaufbohrung ein Hauptkraftstoff
und durch eine zweite Zulaufbohrunq ein Zündkraftstoff zuführbar ist, die in dem
Kraftstoffeinspritzventil voreiner gemeinsamen Austrittsbohrung zusammentreffen,
die von einer Düsennadel verschließbar ist.
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In letzter Zeit sind Verfahren zum Betreiben von Brennkraftmaschinen
bekannt geworden, bei denen anstelle des Benzins oder des Gasöls, welches beide
relativ zündwillige Kraftstoffe sind, zündunwillige Kraftstoffe verwendet werden,
die durch Hinzufügen eines zündwilliyen Kraftstoffs, der die Zündung einleitet,
entzündet werden und dnnn selbsttätig weiter verbrennen. Hierzu ist es erforderlich,
daß in den Brennraum zwei Kraftstoffe eingeführt werden, welche über separate Aufbereitungssysteme
zugeführt werden.
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Da derartige Verfahren auch bei Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen
eingebaut sind, also auch bei relativ kleinbauenden Brennkraftmaschinen angewendet
werden sollen, ist es erforderlich, die beiden Kraftstoffe aus Platzgründen und
aus Kostengründen durch ein einziges Einspritzventil zuzuführen.
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Einspritzventile mit zwei getrennt angeordneten Kraftstoffzuführbohrungen,
die sich erst in dem Kraftstoffeinspritzventil treffen, sind aus der DE-PS 747 884
bekannt geworden. Diese bekannte Ausführung hat jedoch den Nachteil, daß zuerst
der Zündkraftstoff das
Einspritzventil öffnen muß und eingespritzt
wird und daß erst an dessen Einspritzende der Hauptkraftstoff zugeführt werden kann,
um die Verbrennung im Zylinder aufrecht zu erhalten. Es sind also ziei nahtios ineinander
übergehende Einspritzvorgänge notwendig, die zei intensiv sind, so daß eine damit
betriebene Brennkräftmaschine ntlr als Langsamläufer arbeiten kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Einspritz--.
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ventil der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem ein Ziindkraftstoff
und ein Hauptkraftstoff in dn Brennraum einer Brennkaft maschine eingespritzt werden
kann, ohne daß zwei Einspritzvorgäncje notwendig sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, darin der zweiten
Kraftstoffzulaufbohrung -eine Drossel angeordnet ist unSd<-ßdie zweite Kraftstoffzulaufbohrung
im Bereich der Düsennadelspit:.e in der ersten Kraftstoffzulaufbohrung endet. Dadurch
ist es möglich, in einem einzigen Einspritzvorgang beide Kraftstoffe in den Brennraum
einzuspritzen. Erfindungsgemäß wird der Einspritzvorgang nur durch das Zuführen
des Hauptkraftstoffs ausgelöst. Durch die Drossel wird erreicht, daß ein Zurückströmen
des Hauptkraftstoffs in die Zulaufbohrung für den Zündkraftstoff nicht stattfinden
kann. Damit ist sichergestellt, daß bei jedem Einspritzvorgang immer Zündkraftstoff
miteingespritzt werden kann, um den Hauptkraftstoff zu entzünden.
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Die Drossel läßt sich fertigungstechnisch besonders einfach herstellen,
wenn der Mündungsbereich der zweiten Kraftstoffzulaufbotrunc als Drosselbohrung
ausgebildet ist.
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Mit der Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 3, die- Drosselbohrung
bei geschlosseser Düsennadel oberhalb der Nadelsitzfläche münden zu lassen, wird
der Vorteil erreicht, daß bei geschlossener Düsennadel
der Zündkraftstoff
zugeführt werden kann, so daß er auf diese Art ein Polster oberhalb der Nadelsitzfläche
bildet, da in dieser Zeit kein Hauptkraftstoff zugeführt wird. Beim Zuführen des
Hauptkraftstoffs wird die Düsennadel geöffnet, so daß als erstes der Zündkraftstoff
- leicht vermischt mit Hauptkraftstoff - durch den Hauptkraftstoff in den Brennraum
eingespritzt wird. Eine sichere Zündung des Hauptkraftstoffs ist dadurch gewährleistetß
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Zündkraftstoff
mit sehr niedrigem Druck (2 bis 3 bar) zugeführt werden kann. Ebenso ist eine Mengelregelung
des Zündkraftstoffs ohne Verlängerung der Einspritz dauer nur durch entsprechende
Regelung der Zuführdauer, aber nicht des Zuführdrucks möglich. Hierbei ist es allerdings
von Nachteil, daß beim Starten der Brennkraftmaschine der Zuführdruck des Züncikraftstoffs
wesentlich erhöht werden muß.
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Dieser Nachteil kann vermieden werden, wenn - wie eine andere Weiterbildung
der Erfindung vorschlägt - in der zweiten Kraftstoffzulaufbohrung eine Absperreinrichtung
angeordnet ist, die bei Druckgleich gewicht in der Zulaufbohrung diese absperrt.
Hierbei kann der Zündkraftstoff immer mit einem konstantem, niedrigem Druck (2 bis
3 bar) zugeführt werden. Dadurch kann für den Zündkraftstoff eine relativ einfach
aufgebaute Einspritzpumpe verwendet werden.
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Als Absperreinrichtung eignet sich ein entgegen der Kraftstoffzuführrichtung
schließbares, federbelastetes Rückschlagventil. Der Schließdruck liegt dabei geringfügig
unter dem Druck, mit dem der Zündkraftstoff zugeführt wird. Diese Ausbildung hat
den weiteren Vorteil, daß während des Einspritzvorgangs ebenfalls die zweite Kraftstoffzulaufw
bohrung verschlossen bleibt, so daß ein Rückströmen ausgeschlossen ist Um trotz
des Zuführens von zwei Kraftstoffen relativ kleinbauende Einspritzdüsen zu erlangen,
wird weiterhin vorgeschlagen, daß die zweite Kraftstoffzulaufbohrung in der Düsennadel,
bevorzugt in deren
Fig. 1 bis 3 Längsschnitte durch Kraftstoffeinspritzdüsen
gemäß der Erfindung mit unterschiedlichem Aufbau in der Zuführung des Zündkraftstoffs.
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Die in Fig. 1 bis 3 dargestellten Einspritzdüsen 1 weisen einen im
Grundaufbau bekannten Aufbau auf. Sie -estehen aus einem Düsenkörper 2, einer darin
axial bewegbar angeordnsten Düsennadel 3, einer überwurfmutter 4, mit der der Düsenkörper
2 an einem Düsenhalter 5 befestigt ist, der wiederum über geeignete, hier nicht
dargestellte Befestigungsmittel in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigt
wird.
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Der Düsenhalter 5 weist zwei Anschlüsse- 6 und 7 auf. Der Anschluß
6 dient zum Zuführen des Hauptkraftstoffs. Der über den Anschluß 6 zugeführte Hauptkraftstoff
fließt in eine erste Kraftstoffzulaufbohrung 8,die in einer Druckkammer 9 mündet,
von der er durch eine Ausi;rittsbohrung 10 zu den Spritzlöchern 11 gelangt. Die
Austrittsbohrung 10 ist von der Düsennadel 3 verschließbar.
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In dem Düsenhalter 5 ist ein Raum 12 vorgesehen, in dem eine Druck
feder 13 angeordnet ist, die auf die Düsennadel 3 wirkt und diese in Schließstellung
hält. Geöffnet wird die Düsennadel 3 entgegen der Kraft der Feder 13 durch den Druck
des zugeführten Hauptkraftstoffes, der auf einem Absatz 3.1 an der Düsennadel 3
in der Druckkammer 9 wirkt und diese anhebt.
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Der Anschluß 7 dient bei den bekannten Einspritzdüsen zum Abführen
des Lecköls, welches zwischen der Düsennadel 3 und ihrer Führung in dem Düsenkörper
2 vorbei in den Federraum 12 gelangt, -der mit dem Anschluß 7 verbunden ist.
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Achse, angeordnet ist. Hierbei ist es möglich, das üblicherweise bei
Einspritzdüsen zum Einspritzen eines Kraftstoffs vorgesehene Leckölleitungssystem
zum Zuführen des Zündkraftstoffs zu verwenden. Tie bisher anfallende Leckölmenge
des Hauptkraftstoffs wird dann dem Zündkraftstoff zugemischt. Da dieser Anteil gering
ist, wird die sichere Zündung des Zündkraftstoffs nicht beeinflußt.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die DrosselboErung
in der Düsennadelsitzfläche münden zu lassen, so daß sie von der Düsennadel verschließbar
ist. Bei dieser Ausführungsform ist es srforderlich, daß der Zündkraftstoff mit
einem hoetm (100 bis 200 lar) und variablem Durck zugeführt wird, damit er während
der Öffnunsdauer der Düsennadel mit dem Hauptkraftstoff eingespritzt werden kann.
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Durch Änderung des Druckes des zugeführten Zündkraftstoffs läßt cich
das Mischungsverhältnis von Zündkraftstoff zu Hauptkraftstoff verändern.
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Bei dieser Ausführungsform ist es sinnvoll, die Zuführung des Zündkraftstoffs
bei voll geöffneter Düsennadel zu unterbrechen, da der Zündkraftstoff nur Zündfunktion
hat. Dies läßt sich bei zentral Olgeordneter zweiter Kraftstoffzulaufbohrung dadurch
erreichen, daß die zweite Kraftstoffzulaufbohrung durch den als Begrenzung für den
Nadelhub wirkenden Anschlag verschlossen wird. Da der volle Nadelhub nur bei hoher
Motorlast erreicht wird und in diesem Arbeitsbereich aa der Düsenspitze ein Druck
von über 600 bar herrscht, kann durch diese Anordnung bei einer derartigen Ausbildung
der zweitenKraftstoffzulaufbohrung ein Rückströmen des Zündkraftstoffs sicher verhindert
werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es stellen dar:
Gemäß eines bevorzugten Ausführungbeispiels
der Erfindung wird jedoch über den Anschluß 7 ein Zündkraftstoff zugeführt. Um diesen
zur Austrittsbohrung 10 zu führen, ist die-Düsennadel 3 axial aufge bohrt, so daß
eine zweite Kraftstoffzulaufbohrung 14 entsteht, d.e einerseits mit dem Federraum
12 in Verbindung steht und anderersc'its über eine Drosselbohrung 15 mit dem Druckraum
9. Die Drosselbohrung 15 mündet hierbei in Fig. i und 2 in cwschlossenem Zustand
der Ein spritzdüse 1 knapp oberhalb der Düsennadelsitzfläche 3.2.
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Die Einspritzdüse arbeitet folgendermaßen: Zwischen zwei Einspritzvorgängen
wird in an sich bekannter Weise kein Hauptkraftstoff von der Einspritzpumpe geliefert.
Damit herrscht bei entsprechender Abstimmung des Einspritzsystems im Anschluß 6
in cler Kraftstoffzulaufbohrung 8 und in der Druckkammer 9 praktisch keir Druck.
Diese Zeitspanne ist etwa während 7000 Kurbelwellenwinkel gegeben. In dieser Zeit
kann über den Anschluß 7 in den Federraum 12 und von diesem über die zweite Kraftstoffzulaufbohrung
14 und diE Drosselbohrung 15 Zündkraftstoff in den Druckraum 9 geliefert werden
Dieser lagert sich als Stopfen in den unteren Teil des Druckraumcs 9 oberhalb des
Düsensitzes 3.2 an. Aufgrund der erindungsgemäßen Arordnung ist es möglich, den
Zündkraftstoff mit einem Druck von 2 bis 3 bar zuzuführen. Versuche haben ergeben,
daß eine Menge von 3 bis 5 mm3 pro Einspritzhub ausreichend sind. Wird nun von der
Linspritzpumpe Hauptkraftstoff eingespritzt, so wird dadurch die Düsennadel 3 angehoben,
und der Hauptbrennstof.f drückt den aus Zündkr.ftstoff bestehenden Stopfen durch
die Austrittsbohrung 10 zu den Strit löchern 11, wodurch zuerst der Zündkraftstoff
in den Brennraum gelan sich entzünden kann und dann den ansdließend nachfolgenden
HauFtkraftstoff entzündet. Die Drosselbohrung 15 verhindert während des relativ
kurzen Einspritzvorganges (n 300 Kurbelwellenwinkel) aufcrur ihres Drosselquerschnittes,
daß Hauptkraftstoff durch die Drosselbohrung 15 in die zweite Kraftstoffzulaubbohrung
14 gelangen karn.
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Lediglich während der Startphase ist neben den relativ großen Zeitquerschnitten
an der Drosselbohrung ein etwas höherer Druck auf der Zündölseite erforderlich.
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In Fig. 2 ist im Unterschied zu Fig. 1 in der zweiten Kraftstoffzulaufbohrung
14.1 ein federbelastetes Rückschlagventil 16 eingebaut.
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Das federbelastete Rückschlageventil 16 besteht aus einer Druckieder
17 und einem Schließkolben 18, der die Kraftstoffzulaufbohrung zum Federraum 12
hin absperren kann. Die Schließkraft der Druckfeder 17 ist derart ausgelegt, daß
bei einem Druck von 2 bis 3 bar des von der Einspritzpumpe kommenden Zündkraftstoffes
das Rückschlagventil 16 öffnet. Auch hier wird der Zündkraftstoff während zweier
Einspritzen vorgänge mit einem Druck von 2 bis 3 bar zugeführt.
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Durch die Anordnung des Rückschlagventils 16 wird mit absoluter Sicherheit
verhindert, daß während des Einspritzvorganges Hauptkraft stoff in die zweite Kraftstoffzulaufbohrung
14.1 zurückströmt.
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Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von den bisherigen
dadurch, daß zum einen die Drosselbohrung 15 nicht oberhalb des Nadelsitzes 3.2
in den Druckraum 9 mündest, sondern im Nadelsitz -3.2, Sie ist derart ausgelegt,
daß sie von der Düsennadel 3 im geschlossenen Zustand ebenfalls verschlossen ist.
Ein weiterer Unterschied zu den bisherigen Ausführungen besteht darin, daß die zweite
Kraftstoffzulatfbohrung am oberen Ende der Düsennadel 3 derart angeordnet ist, daß
der als Hubbegrenzer für den Düsennadelhub wirkende Anschlag 19 die Kraftstoffzulaufbohrung
14.2 verschließen kann, wenn die Düsennadel 3 vollständig geöffnet ist und an dem
Hubbegrenzer 19 anliegt.
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Da sich bei dieser Ausführungsform zwischen zwei Einspritzvorgängzn
kein Stopfen aus Zündkraftstoff aufbauen kann, ist es erforderlicn, den Zündkraftstoff
mit einem wesentlich höheren Druck als bisher zuzuführen. Es sind Drücke von 100
bis 200 bar notwendig.
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Diese Ausführungsvariante arbeitet folgendermaßen: Wird Hauptkraftstoff
zugeführt, so hebt dieser die Düsennadel 3 entgegen der Kraft der schwach vorgespannten
Feder 13 an. Damit wird auch die Zulaufbohrung 14.2 freigegeben. Durch den hohen
Druck des Zündkraftstoffes sowie durch Druckabfall im Nadel sitz wird dieser durch
die Drosselbohrung 15 dem Hauptkraftstoff beigemischt. Zum andere!i bewirkt die
Strömung des Hauptkraftstoffes durch den Nadel sitz eine Saugwirkung in der Kraftstoffzulaufbohrung
14.2, so daß der Zündk)^aftstoff herausgesaugt wird. Hierbei ist allerdings eine
erhöhte Menge von Zündkraftstoff notwendig, da dieser gleichzeitig mit dem Haupi
kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird und dadurch in eine3 geringeren Konzentration
vorliegt. Eine Dosierung der Zündkraftstcff menge erfolgt hierbei durch Änderung
des Zuführdruckes. Bei den v<rhergehenden Ausführungsbeispielen kann eine Dosierung
bei konstantem Zuführdruck über eineMengenregelung bzw. über das elastische Volumen
zwischen Einspritzpumpe und Düse vorgenommen werden.