-
Kraftstoff-Einsmritzdüse für Brennkraftmaschinen
-
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoff-Einspritzdüse
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Durch die Begrenzung der Einspritzmenge während
des ersten Teilhubes des Ventilschließglieds, welcher einem unteren Leistungsbereich,
insbesondere dem LeerlauSbereich, der Brennkraftmaschine entspricht, wird eine Spritzzeitserlängerung
und dadurch ein leiserer Lauf der Brennkraftmaschine erreicht. Außerdem wird der
Kraftstoff bei diesen kleinen Mengen besser aufbereitet, wodurch der spezifische
Kraftstoffverbrauch sowie auch die Giftbestandteile im Abgas verringert werden.
Beim Übergang in einen höheren Leistungsbereich der Brennkraftmaschine wird die
Einspritzmenge des Kraftstoffs und vorzugsweise auch der Schließdruck des Ventils
in der Einspritzdüse sprunghaft erhöht, so daß trotz des größeren Durchgangsquerschnittes
eine einwandfreie Aufbereitung des Kraftstoffs gewährleistet bleibt. Bei einer bekannten
Einspritzdüse der gattungsmäßisen Art (DE-OS 28 25 982) ist das in Strömungsrichtung
des Kraftstoffs öffnende Ventilschließglied als Dichtkegel ausgebildet, welcher
stromauf seiner Sitzfläche einen zylindrischen Drosselbund hat, der
in
einer das Schließglied führenden Bohrung eines Düsenkörpers einen engen Ringspalt
zum gedrosselten Heranführen des Kraftstoffs an den Ventilsitz während des ersten
Teilhubes bildet. Nach Zurücklegen dieseS ersten Teilhubes taucht der Drosselbund
aus der Führungsbohrung aus und gleichzeitig wird eine zweite Schließfeder zugeschaltet,
wonach der Kraftstoff mit erhöhtem Druck ungedrosselt durch das Ventil hindurch
strömt. Diese bekannten Einspritzdüsen arbeiten einwandfrei, schränken jedoch wegen
des stromab des Ventilsitzes angeordneten Dichtkegels die Möglichkeiten für stromab
des Ventilsitzes gegebenenfalls zu treffende weitere Gestaltungsmaßnahmen zur Kraftstoffaufbereitung
und -führung etwas ein.
-
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß man die Kraftstofführung
stromab des bzw. der Ventilsitze wesentlich freizügiger gestalten und insbesondere
in mehrere Spritzlöcher bzw. Spritzlochgruppen aufteilen kann, deren Querschnitt
und Richtung den Erfordernissen des jeweiligen Anwendungsfalles anpaßbar sind. Diese
Vorteile sind an sich den Einspritzdüsen mit nach innen öffnendem Ventilschließglied
(I-Düsen) zu eigen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden diese Vorteile mit
jenem einer Einspritzdüse mit nach außen öffnenden Ventilschließglied (H-Düsen)
kombiniert, bei welcher sich die Kraftstofführung stromauf des Ventilsitzes einfacher
gestaLten läßt und besondere Maßnahmen zur Leckölabfuhr entfallen.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich.
-
Die Ventilnadel kann feststehend angeordnet sein und gleichzeitig
zur Abstützung der Hohlnadel in der Schließsteilung und zum Auffangen der Schließfederkraft
in dieser Stellung dienen.
-
Eine bevorzugte Möglichkeit der Abstützung der Hohlnadel in der Schließstellung
ist jedoch durch die Anordnung nach Anspruch 2 gegeben, bei welcher die Abstützflächen
an Hohlnadel und gehäusefestem Anschlag vergleichsweise größer ausgeführt sein und
auch andere, nachstehend aufgeführte Vorteile erzielt werden können.
-
Bei Ausbildung der Einspritzdüse nach den Ansprüchen 2 und 3 ist erreicht,
daß sich nach Zurücklegen des ersten Teilhubes der Hohlnadel mit der Einspritzmenge
auch der Schließdruck und damit der vor den Ventilen anstehende Kraftstoffdruck
sprunghaft erhöht, so daß auch im Teil- und Vollastbereich der Brennkraftmaschine
eine einwandfreie Aufbereitung des Kraftstoffs gewährleistet ist.
-
Eine einfache Ausführung ergibt sich durch das Merkmal des Anspruchs
4.
-
Bei Ausbildung der Hohlnadel nach den Merkmalen des Anspruchs 5 erhält
man bezüglich des zweiten Spritzlochquerschnittes die Funktion einer konventionellen
Lochdüse mit nach innen öffnender Ventilnadel, ohne daß man Maßnahmen zur Beseitigung
von Lecköl treffen muß.
-
Die Hohlnadel kann zweckmäßig nach den Merkmalen des Anspruchs 6 ausgebildet
sein und mehrere, den ersten Spritzlochquerschnitt bildende Spritzlöcher im Düsenkörper
steuern.
-
Bei einer nach Anspruch 7 ausgebildeten Einspritzdüse werden in Schließstellung
der Hohlnadel die Verbrennungsgase vom Lager spalt zwischen Hohlnadel und Düsenkörper
abgehalten, wodurch die einwandfreien Laufeigenschaften der Hohlnadel
lange
Zeit erhalten bleiben.
-
Zeichnung Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figuren 1
bis 4 zeigen je einen Teilschnitt durch eines der Ausführungsbeispiele.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die Einspritzdüse nach Fig.
1 hat einen Düsenkörper 10, der durch einen Scraubkörper 12 an einem Düsenhalter
14 festgespannt ist. Im Düsenkörper 10 ist eine Führungsbohrung 16 für eine Hohlnadel
18 und eine im Durchmesser größere Bohrung 20 gebildet, welche an einer Schulter
22 in die Führungsbohrung 16 übergeht. In die Bohrung 20 ragt ein Ansatz 24 des
Düsenhalters 14 passend hinein, der mit einer Bohrung 26 und am Stirnende mit einer
kleineren Öffnung 28 versehen ist, deren Querschnitt zwei Flächen aufweist. Dadurch
ist eine vom einspritzseitigen Ende der Düse abgekehrte, gehäusefeste Schulter 30
mit umlaufender Auflagefläche gebildet.
-
Die Hohlnadel 18 hat eine von ihrer oberen Stirnseite 32 ausgehende
Längsbohrung 36, die bis zu einem konischen Ventilsitz 38 führt, an welchem sich
stromab ein Sackloch 40 anschließt und von welchem Spritzlöcher 41, 42 durch das
als Kuppe 43 ausgebildete Stirnende der Hohlnadel 18 nach außen führen. Ein Stück
weit oberhalb des Ventilsitzes 38 ist die Hohlnadel 18 mit einer durch die Längsbohrung
36 hindurchgeführten Querbohrung 44 verstehen, welche an beiden Enden in einer Ringnut
45 am Mantelumfang der Hohlnadel 18 ausmündet. Über diese Querbohrung 44 und die
Ringnut 45 werden Spritzlöcher 46 und 47 im Düsenkörper 10 in der nachstehend noch
näher beschriebenen Weise in zeitlicher Folge
zu den Spritzlöchern
41 und 42 in der Kuppe 43 gesteuert.
-
Am Außenumfang ist die Hohlnadel 18 mit einem im Durchmesser leicht
geschwächten Abschnitt 48 versehen, der in der Nähe seines Übergangs zum ungeschwächten,
im Düsenkörper 10 geführten Abschnitt 50 eine Querbohrung 52 hat.
-
An den Abschnitt 48 schließt sich oben ein mit zwei Flächen versehener
Kopf 54 an, der mit dem erforderlichen Bewegungsspiel passend in die Öffnung 28
ragt und die Hohlnadel 18 gegen Verdrehen sichert.
-
Am Außenumfang der Hohlnadel 18 ist ferner in der Nähe des Ventilsitzes
38 eine konische Ringschulter 56 gebildet, welche mit einer entsprechend geformten
Gegenschulter 58 am Stirnende des Düsenkörpers 10 zusammenarbeitet. In der Bohrung
20 ist eine Schließfeder 60 angeordnet, die sich unten an einem auf der Schulter
22 aufliegenden Elansch 62 einer Buchse 64 abstützt, die den Abschnitt 48 der Hohlnadel
18 mit Spiel umgibt. Am oberen Ende greift die Schließfeder 60 an einem Druckring
66 an, der gegen eine zwischen dem Abschnitt 48 und dem Kopf 54 gebildete Ringschulter
68 der Hohlnadel 18 stößt. Der durch die Schließfeder 60 hervorgerufene Aufwärtshub
(Schließhub) der Hohlnadel 18 wird durch die Schultern 56 und 58 an Hohlnadel 18
und Düsenkörper 10 begrenzt, die als Ventilflächen ausgebildet sind und in Schließstellung
der Hohlnadel 18 den Lagerspalt zwischen dieser und dem Düsenkörper 10 gegen die
Brennkammer hin abdichtet.
-
In. der Längsbohrung 36 der Hohlnadel 18 ist eine Ventilnadel 70 verschiebbar
geführt, die am einspritzseitigen Stirnende einen mit dem Ventilsitz 38 zusammenarbeitenden
Dichtkegel 72 hat. Der Dichtkegel 72 ist an einem im Durchmesser etwas geschwächten
Abschnitt 74 der Ventilnadel 70 gebildet, der an einer Schulter 76 in den ungeschwächten
Abschnitt der Ventilnadel 70 übergeht. Die Schulter 76 liegt etwas oberhalb der
Querbohrung 52 in der Hohlnadel 18, so daß der
zwischen dem Abschnitt
74 der Ventilnadel 70 und der Wand der Längsbohrung 36 in der Hohlnadel 18 gebildete
Ringraum 78 über die Querbohrung 52, das Ringspiel zwischen Hohlnadel 18 und Buchse
64, sowie über eine oder mehrere Querbohrungen 80 in der Buchse 64 mit der Bohrung
20 im Düsenkörper 10 in Verbindung steht.
-
Die Ventilnadel 70 ragt oben ein Stück weit aus der Hohlnadel 18 heraus
und ist dort mit einem Ringbund 82 versehen, an dessen oberer Stirnseite eine Ventilfeder
84 angreift, welche sich an einer in die Bohrung 26 eingeschraubten Gewindebuchse
86 abstützt. Die Ventilfeder 84 ist.bestrebt, die Ventilnadel 70 gegen den Ventilsitz
38 in der Hohlnadel 18 zu drücken. Das gelingt in der in der Zeichnung dargestellten
Schließlage der Hohlnadel 18, in welcher der Bund 82 der Ventilnadel 70 noch um
den Hub h1 von der Schulter 30 am Düsenhalter 14 entfernt ist. Wenn die Hohlnadel
18 in Öffnungsrichtung den Weg h1 zurückgelegt hat, liegt der Bund 82 an der Schulter
30 an, wonach die Ventilnadel 70 an einer weiteren Mitbewegung mit der Hohlnadel
18 gehindert ist. Der Gesamthub h2 der Hohlnadel 18 ist begrenzt durch die Buchse
64, an deren oberer Stirnseite der Druckring 66 zur Anlage kommt.
-
Die Gewindebuchse 86 ist mit einer Bohrung 88 zum Zuführen des Kraftstoffs
versehen. Der Kraftstoffweg führt danach über die Bohrung 26 und eine die Schulter
30 umgehende Randaussparung 90 im Ansatz 24 des Düsenhalters 14 in die Bohrung 20,
wo der Kraftstoff auf die Stirnseite 32 der Hohlnadel 18 einwirkt und auf diese
eine der Schließfeder 60 entgegenwirkende Kraft in Richtung zur Brennkammer hin
ausübt. Aus der Bohrung 20 gelangt der Kraftstoff über die Querbohrung 52 in der
Hohlnadel 18 in den Ringraum 78 zwischen Hohlnadel 18 und Ventilnadel 70 und übt
dort über die schmale Ringfläche 92 oberhalb des Ventilsitzes 38 eine weitere Kraft
auf
die Hohlnadel 18 aus. Der Kraftstoff übt ferner auch auf die Ventilnadel 70 eine
nach unten wirkende resultierende Kraft aus 9 welche unterstützend zur Ventilfeder
84 die Ventilnadel 70 an den Ventilsitz 38 drückt.
-
Bei Anstieg des Kraftstoffdruckes zu Beginn eines Einspritzhubes wird
unter Zusammendrücken der Schliefeder 60 zunächst die als Ventilschieber wirkende
Hohlnadel 18 nach unten aus dem Düsenkörper 10 heraus bewegt. Dabei gelangt zunächst
die Ringnut 45 in der Hohlnadel 18 über den Mündungsbereich der in ihrer Gesamtheit
einen ersten Spritzlochquerschnitt I ergebenden Spritzlöcher 46 und 47 9 so daß
der im Ringraum 78 unter Druck stehende Kraftstoff durch diesen Spritzlochquerschnitt
I austreten kann. Der Druck des Kraftstoffs im Ringraum 78 wird hierbei maßgeblich
durch die Differenz der Kräfte bestimmt7 welche die Schließfeder 60 und die Zentilfeder
84 auf die Hohlnadel 18 ausüben. Dieser Zustand hält solange an, bis die Hohlnadel
18 einen ersten Teilhub h1 zurückgelegt hat, nach welchem der Bund 82 an der gehäusefesten
Schulter 30 anschlägt.
-
Von dieser Zwischenstellung der Hohlnadel 18 ab wird die Kraft der
Ventilfeder 84 von der Schulter 30 abgefangen, so daß zum Weiterbewegen der Hohlnadel
18 nunmehr die volle Gegenkraft der Schließfeder 60 zu überwinden ist. Dadurch tritt
beim Überfahren dieser Stellung ein ausgeprägter Drucksprung im Kraftstoff auf.
Wach dem Anschlagen der Ventilnadel 70 an der Schulter 30 wird jedoch augenblicklich
auch der Ventilsitz 38 durch die Ventilnadel 70 freigegeben und der Kraftstoff auch
durch die in ihrer Gesamtheit einen zweiten Spritzlochquerschnitt II ergebenden
Spritzlöcher 41) 42 ausgespritzt. Es werden daher wie erfindungsgemäß zusätzlich
erwünschte der Druck des Kraftstoffs und die Einspritzmenge praktisch exakt zur
gleichen Zeit sprunghaft erhöht.
-
Der zweite Spritzlochquerschnitt II wird wie bei Düsen mit
einer
nach innen öffnenden Ventilnadel (I-Düse) gesteuert, ohne daß besondere Maßnahmen
zum Abführen von Lecköl vorgesehen werden müssen.
-
Bei Abfall des Kraftstoffdruckes am Ende eines Einspritzhubes führt
die Schließfeder 60 die Hohlnadel 18 in die Ausgangsstellung zurück, in der sie
mit ihrer Schulter 56 an der Schulter 58 des Düsenkörpers 10 anschlägt. Zuvor trifft
jedoch der Ventilsitz 38 auf den Dichtkegel 72 der noch gefangenen Ventilnadel 70
auf, wobei der zweite Spritzlochquerschnitt II geschlossen wird. Danach kommt die
Ventilfeder 84 wieder ins Spiel, welche jetzt hemmend auf die Rückbewegung der Hohlnadel
18 einwirkt und deren Aufschlag auf die gehäusefeste Schulter 58 dämpft. Während
dieses restlichen Rückhubes der Hohlnadel 18 wird auch der erste Spritzlochquerschnitt
I wieder zugesteuert. In der Schließstellung dichten die nach Art eines Ventils
zusammewirkenden Schultern 56, 58 von Hohlnadel 18 und Düsenkörper 10 sowohl den
Lagerspalt zwischen diesen Teilen als auch zusätzlich die inneren Mündungen des
Spritzlochquerschnitt I gegen die Brennkammer hin ab.
-
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich vom vorbeschriebenen
lediglich dadurch, daß die Schulter 56' der Hohlnadel 18' stromauf des ersten Spritzlochquerschnittes
I angeordnet ist und mit einer inneren Schulter 58' des Düsenkörpers 10 zusammenarbeitet.
Bei dieser Ausführung wird in der Schließstellung der Hohlnadel 18' zwar nur der
Lagerspalt zwischen Hohlnadel 18' und Düsenkörper 10' gegen die Brennkammer hin
abgeschirmt. Vorteilhaft ist jedoch, daß die in der Schließstellung nach Art eines
Ventils zusammenwirkenden Schultern 56' und 58' den Ringraum 78 zusätzlich gegen
den ersten Spritzlochquerschnitt I dichten.
-
enn auf den zijsätzlichen Vorteil des Drucksprungs nach dem vorgegebenen
ersten Teilhub der Hohlnadel 18 verzichtet wird, kann die Spritzfolge bezüglich
der Spritzlochquerschnitte I
und II auch umgekehrt werden. Diese
Möglichkeit ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 vorgesehen.
-
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist im großen und ganzen wie die
vorbeschriebenen Beispiele aufgebaut und unterscheidet sich von diesen im wesentlichen
nur durch eine andere Hohlnadel 98 und eine andere Ventilnadel 100. Diese hat einen
Ringbund 102, der in Schließstellung der Hohlnadel 98 nur einen sehr geringen Abstand
h1 zur gehäusefesten Schulter 30 einnimmt. Dieser Abstand h1 dient hier lediglich
als Toleranzausgleich und stellt sicher, daß in Schließstellung die Ventilnadel
100 mit einem Dichtkegel 104 auf einem Ventilsitz 106 in der Hohlnadel 98 aufliegt.
-
Der Ventilsitz 106 führt in ein kurzeS Sackloch 108, von welchem Spritzlöcher
110, 112 und 114 nach außen führen, die in Übereinstimmung mit den vorbeschriebenen
Ausführungsbeispielen den zweiten Spritzlochquerschnitt II bilden. Das Spritzloch
114 mündet in einer Ringnut 116 am Außenumfang der Hohlnadel 98 aus, die in deren
Schließstellung durch ventilartig zusammenwirkende Schultern 118 und 120 an Hohlnadel
98 und Düsenkörper 10 zur Brennkammer hin abgedichtet ist. Vom Ventilsitz 106 geht
eine weitere Gruppe von Spritzlöcher 122, 124 ab, die oberhalb der Ringnut 116 in
die Mantelfläche der Hohlnadel 98 ausmünden und den ersten Spritzlochquerschnitt
I bilden.
-
Beim Einspritzhub der Hohlnadel 98 wird zunächst die Ventilnadel 100
vom Ventilsitz abgehoben und daher zuerst der stromabseitige zweite Spritzlochquerschnitt
II freigegeben.
-
Erst wenn die Hohlnadel 98 ihren Gesamt hub h2 schon fast vollendet
hat, treten die außenliegenden Mündung en der Spritzlöcher 122, 124 aus der Führungsbohrung
des Düsenkörpers 10 aus, wobei die Freigabe des ersten Spritzlochquerschnittes 1
erfolgt. Die Ausführung nach Fig. 3 hat unter anderem den Vorteil, daß in Schließstellung
der Hohlnadel 98 der Spritzlochquerschnitt I sowohl nach innen durch die
Ventilnadel
1t)0 als auch nach außen durch die Schultern 1lo und 120 zusätzlich abgedichtet
ist.
-
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist eine weitere Abwandlung des
Ausführungsbeispiels nach Figur 1. Der Spritzlochquerschnitt I ist hier durch Spritzlöcher
130 und 132 in der Hohinadel 18' gebildet, die In Schließstillung der Hohlnadel
18' durch eine Überdeckung 134 und durch den zwischen den Schultern 56 und 58 an
Hohnadel 18' und Düsenkörper 10 gebildeten Ventilsitz gegen die Brt-nnkammer hin
abgedichtet sind. Beim Bewegen der Hohlnadel 18' in Öffnungsrichtung treten die
Spritzlöcher 130 und 134 aus der Führungsbohrung im Diisenkörptr 10 heraus, sodaß
sich die bei der Einspritzdüse nach Figur 1 vorgesehenen Kanäle 46, 47 im Düsenkörper
10 erübrigen.
-
Die Einspritzdüse nach Figur 4 hat den Vorteil, daß der Spritzlochquerschnitt
1 in der Schließstellung der Hohlnadel 18' durch den zwischen den Scnultern 56 und
58 gebildeten Ventilsitz zusätzlich abgedichtet ist. Die Reihenfolge des Aufsteuerns
der Spritzlochquerschnitte I uiid II kann durch Abstimmung von Vorhub h1 und Überdeckung
134 beliebig gewählt werden.
Leerseite