-
-
Kraftstoffeinspritzdüse
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzdüse mit steuerbarem
Kraftstoffaustritt für insbesondere luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen
mit einem zwei oder mehrere Einspritzöffnungen aufweisenden Düsenkörper, in dem
federdruckbelastbare Einzelventilelemente mit vorzugsweise kegeligem Ventilsitz
axial bewegbar angeordnet sind und die Einspritzöffnungen beherrschenS wobei die
Einzelventilelemente über einen im Düsenkörper vorgesehenen Druckraum mit Kraftstofförderdruck
beaufschlagbar sind.
-
Einspritzpumpen von Brennkraftmaschinen erzeugen üblicherweise einen
von der Drehzahl und der Belastung der Brennkraftmaschine abhängigen Einspritzdruck.
Somit kann mit dem von der Einspritzpumpe geförderten Kraftstoff, der über eine
Einspritzdüse mit konstantem Einspritzquerschnitt in den Brennraum der Brennkraftmaschine
eingespritzt wird, aufgrund der drehzahl- bzw. lastabhängigen Druckcharakteristik
der Kraftstoffeinspritzpumpe nur bei einem ganz bestimmten Einspritzdruck und einer
bestimmten Kraftstoffördermenge ein optimales Spritzbild im Hinblick auf eine gute
Zerstäubung des Kraftstoffes und somit eine gute Gemischaufbereitung erzielt werden.
-
Deshalb ist es bekannt, insbesondere im Hinblick auf die Optimierung
des Brennverlaufes und eine geringe Geräusch- und Rußemission der Brennkraftmaschine,
den Einspritzverlauf durch Steuerung des Kraftstoffaustritts der Einspritzdüse den
verschiedenen Belastungszuständen der Brennkraftmaschine anzupassen.
-
In der DE-OS 28 26 602 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse offenbart,
bei der im unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich der Brennkraftmaschine nur ein
oder einige Spritzlöcher und im oberen Drehzahl- und/oder Lastbereich weitere Einspritzöffnungen
freigegeben werden, so daß bei Vollast und somit auch hohem Einspritzdruck der gesamte
Querschnitt des Kraftstoffaustritts, jedoch bei geringeren Drehzahlen ein kleinerer
Querschnitt zur Verfügung steht, so daß auch im unteren Drehzahl- bzw. Lastbereich
der Brennkraftmaschine eine hohe Kraftstoffzerstäubungsgüte erreichbar ist. Im einzelnen
sieht die DE-OS 28 26 602 bei der Gestaltung der Einspritzdüse vor, entweder eine
erste Einspritzöffnung in einen oberen, von der Düsennadel abdichtbaren Ringraum
und eine zweite Einspritzöffnung in eine von einem Zapfen der Düsennadel beherrschte
Sacklochbohrung einmünden zu lassen oder aber in dem Düsenkörper parallel angeordnete
Einzelventilelemente mit separatem Düsenraum anzuordnen, die jeweils eine in den
jeweiligen Düsenraum mündende Einspritzöffnung beherrschen. Erfordert das Vorsehen
einer Sacklochbohrung und eines Zapfens an der Düsennadel fertigungstechnisch sehr
aufwendige Maßnahmen, so ist bei der Parallelanordnung der Einzelventilelemente
der erhebliche Platzbedarf von Nachteil, der in vielen Anwendungsfällen nicht zur
Verfügung gestellt werden kann und darüber hinaus ein Nachrüsten dieser Kraftstoffeinspritzdüse
bei Brennkraftmaschinen, die mit Kraftstoffeinspritzdüsen mit konstantem Einspritzquerschnitt
ausgerüstet sind, nahezu unmöglich macht. Weiterhin ist die
Kraftstoffeinspritzdüse
mit Parallelanordnung der Einzelventilelemente im wesentlichen nur für gleichsinnig
ausgerichtete Einspritzöffnungen der Einzelventilelemente und somit für ein Gemischbildungsverfahren
mit Auftragung eines Kraftstoffilms auf die Brennraumwand der Brennkraftmaschine
geeignet.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu
vermeiden und eine Kraftstoffeinspritzdüse der eingangs genannten Art insbesondere
im Hinblick auf den beanspruchten Platzbedarf zu verbessern. Darüber hinaus soll
eine Kraftstoffeinspritzdüse der gattungsgemäßen Bauart geschaffen werden die die
Möglichkeit bietet, für verschiedene Gemischbildungsverfahren auf einfache Weise
ausgelegt werden zu können.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einzelventilelemente
konzentrisch zur Düsenkörperlångsach se in einem gemeinsamen Düsenraum angeordnet
sind.
-
Durch diese erfindungsgemäßen Merkmale kann eine Kraftstoffeinspritzdüse
mit gesteuertem Kraftstoffaustritt im wesentlichen den äußeren Abmessungen einer
Kraftstoffeinspritzdüse mit konstantem Einspritzquerschnitt angepaßt werden, so
daß ein einfaches Nachrusten dieser erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse ohne
aufwendige fertigungstechnische Maßnahmen, beispielsweise am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine,
möglich ist. Daruber hinaus bietet die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse
den herausragenden Vorteil, auf baulich einfache Weise für verschiedene Gemischbildungsverfahren
ausgelegt werden zu können, da die Einspritzöffnungen je nach den Erfordernissen
des Gemischbildungsverfahrens den Einzelventilelementen ohne gegenseitige Behinderung
zugeordnet werden können. In idealer Weise ist die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse
deshalb
auch für eine Ausbildung als Mehrlochdüse mit gesteuertem Kraftstoffeinspritzquerschnitt
zur Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum der Brennkraftmaschine
geeignet.
-
Insbesondere für eine Ausbildung der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse
als Mehrlochdüse zur im wesentlichen zentralen, direkten Einspritzung des Kraftstoffes
sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung vor, daß jedes Einzelventilelement
zumindest zwei Einspritzöffnungen beherrscht, die vorzugsweise symmetrisch zur Düsenkörperlängsachse
angeordnet sind. Hierbei kann es von Vorteil sein, daß beispielsweise ein radial
äußeres Einzelventilelement mehrere symmetrisch zur Düsenkörperlängsachse angeordnete
Einspritzöffnungen beherrscht, hingegen beispielsweise ein radial inneres Einzelventilelement
nur zwei symmetrisch angeordnete Einspritzöffnungen steuert.
-
Bevorzugt ist ein radial äußeres Einzelventilelement als Führung eines
radial inneren Einzelventilelementes ausgebildet, womit bauliche und fertigungstechnische
Vorteile verbunden sind.
-
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung wird vorgeschlagen, daß
den Einzelventilelementen als Druckraum zur Kraftstofförderdruckbeaufschlagung vorzugsweise
im Bereich der Ventilsitze vorgesehene und vorzugsweise miteinander in Strömungsverbindung
stehende Ringräume zugeordnet sind und daß die Ventilsitze der Einzelventilelemente
im stirnseitigen Bereichs des Düsenkörpers ausgebildet sind, wobei der Ringraum
düsenkörperseitig vorgesehen und zwei radial benachbarten Einzelventilelementen
zur Kraftstofförderdruckbeaufschlagung zugeordnet ist. Hierdurch kann die erfindungsgemäße
Kraftstoffeinspritzdüse nicht nur in fertigungstechnischer Hinsicht optimiert werden,
sondern durch
diese erfindungsgemäße Gestaltung der Ventilsitzbereiche
wird auch für das Einzelventilelement, das für das Öffnen bei einem höheren Kraftstofförderdruck
ausgelegt ist, ein instabiles Verhalten, das zu Schwingungen dieses Einzelventilelements
führt, weitgehend vermieden Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, daß ein radial äußeres Einzelventilvelement den Ventilsitz und den Ringraum
zur Kraftstofförderdruckbeaufschlagung eines radial inneren Einzelventilelementes
aufweist. Hiermit sind aufgrund der Möglichkeit, Ventilsitzbereiche eines jeden
Einzelventilelementes einzeln herstellen zu können, insbesondere im Hinblick auf
das Dichtverhalten der Einzelventilelemente weitere Vorteile verbunden.
-
Die Einspritzöffnungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse
münden bevorzugt im Bereich der Ventilsitze der Einzelventilelemente oder im Bereich
des Ventilsitzes eines Einzelventilelements, so daß auf beispielsweise Sacklochbohrungen,
die erhebliche fertigungstechnische Maßnahmen erfordern, in vorteilhafter Weise
verzichtet werden kann. An den Einzelventilelementen greifen vorzugsweise Federelemente
unterschiedlicher Federstärke an. Die Summe der Einspritzquerschnitte der von unterschiedlichen
Einzelventilelementen beherrschten Einspritzöffnungen können verschieden sein, und
es ist auf baulich einfache Weise ebenfalls möglich, daß die von unterschiedlichen
Einzelventilelementen beherrschten Einspritzöffnungen einen unterschiedlichen Winkel
zur Düsenkörperlängsachse aufweist sen, so daß sich mit den Parametern Anzahl der
Einspritzöffnungen, Einspritzquerschnitt, Anzahl der insgesamt vorgesehenen konzentrisch
angeordneten Einzelventilelementen, Winkel der Einspritzöffnungen zur Düsenkörperlängsachse
und
Auslegung der Federstärken der den Einzelventilelementen zugeordneten Federelemente,
der Kraftstoffeinspritzvorgang nahezu in beliebiger Weise nach den Erfordernissen
einer optimalen Kraftstoffgemischaufbereitung bei verschiedenen Verbrennungsverfahren
anpassen läßt.
-
Für eine optimale Gemischaufbereitung bei verschiedenen Drehzahlen
bzw. Belastungen der Brennkraftmaschine hat es sich als vorteilhaft herausgestellt,
wenn entweder die von einem radial äußeren Einzelventilelement beherrschten Einspritzöffnungen
bei einem geringeren Kraftstofförderdruck freigebbar sind und dabei dann summativ
einen größeren Einspritzquerschnitt bilden als die von einem radial inneren Einzelventilelement
beherrschten Einspritzöffnungen, oder aber, wenn die von einem radial inneren Einzelventilelement
beherrschten Einspritzöffnungen bei einem geringeren Kraftstofförderdruck freigebbar
sind und dabei dann summativ einen kleineren Einspritzquerschnitt bilden als die
von einem radial äußeren Einzelventilelement beherrschten Einspritzöffnungen.
-
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird für eine erfindungsgemäße
Kraftstoffeinspritzdüse für insbesondere eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine
mit einer elektrisch arbeitenden Meßwertverarbeitungseinrichtung, die in Abhängigkeit
einer charakteristischen Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine, beispielsweise
Drehzahl, Regelstangenstellung einer Kraftstoffeinspritzpumpe etc., eine Regelgröße
erzeugt, vorgeschlagen, daß zumindest ein Einzelventilelement in Schließrichtung
mit einer zusätzlichen, von der Regelgröße der Meßwertverarbeitungseinrichtung regelbaren
Steuerdruckkraft beaufschlagbar ist. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich,
Fertigungstoleranzen von Einzelventilelementen und der dazugehörigen
Federn
unterschiedlicher Zylindereinheiten der Brennkraft maschine auszugleichen. Dies
geschieht beispielsweise in der Art, daß bei den Einzelventilelementen der Kraftstoffeinspritzdüsen
der unterschiedlichen Zylindereinheiten, die für ein Öffnen bei einem geringen Kraftstofförderdruck
ausgelegt sind, bis zu einer bestimmten Stellung der Regelstange der Kraftstoffeinspritzpumpe
die zusätzliche Steuerdruckraft diese Einzelventilelemente einer jeden Zylindereinheit
der Brennkraftmaschine beaufschlagt, um ein gleichmäßiges Spritzbild an allen Zylindereinheiten
zu gewährleisten. Das mit der zusätzlichen Steuerdruckkraft beaufschlagbare Einzelventilelement
weist dabei vorzugsweise eine Druckbeaufschlagungsfläche auf, die über im Düsenkörper
vorgesehene Strömungsräume mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist.
-
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen,
in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzdüse; Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung des Ausführungsbeispiels
der Kraftstoffeinspritzdüse nach Fig. 1; Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungemäßen Kraftstoffeinspritzdüse, Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung
des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3; Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine.
-
In den in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen der
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse sind grundsätzlich gleichwirkende Teile
mit gleichen Bezugsziffern versehen. Soweit im Einzelnen dargestellt, ist die Kraftstoffeinspritzdüse
allgemein mit 1, der Düsenkörper mit 2, die Einspritzöffnungen mit 3 und die Einzelventilelemente
mit 4a und 4b bezeichnet, wobei die Einzelventilelemente 4a, 4b von Federelementen
5 mit unterschiedlicher Federstärke beaufschlagt sind. Die kegelig ausgebildeten
Ventilsitze der Einzelventilelemente 4a, 4b sind mit 6a und 6b bezeichnet.
-
Die Einzelventilelemente 4a und 4b sind erfindungsgemäß konzentrisch
zur Düsenkörperlängsachse 2.1 angeordnet.
-
Hieraus ergibt sich der herausragende Vorteil der erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspitzdüse 1, daß diese als Mehrlochdüse zur zentralen Einspritzung
des Kraftstoffes geeignet ist. Das radial äußere Einzelventilelement 4b ist in allen
dargestellten Ausführungsbeispielen als Führung des radial inneren Einzelventilelementes
4a ausgebildet. Dem radial inneren Einzelventilelement 4a sind zwei symmetrisch
zur Düsenkörperlängsachse 2.1 angeordnete Einspritzöffnungen 3 zugeordnet und das
radial äußere Einzelventilelement 4b beherrscht vier symmetrisch zur Düsenkörperlängsachse
2.1 angeordnete Einspritzöffnungen 3.
-
In den beiden Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis Fig. 4 münden
die Einspritzöffnungen 3 im Bereich der Ventilsitze 6a und 6b der Einzelventilelemente
4a und 4b. Als Druckraum zur Kraftstofförderungsbeaufschlagung der Einzelventilelemente
4a und 4b sind im Bereich der Ventilsitze über Stegquerschnitte 8 miteinander in
Strömungsverbindung stehende Ringräume 7 und 9 vorgesehen. Die Ventilsitze 6a und
6b der Einzelventilelemente 4a und 4b sind in
diesen beiden Ausführungsbeispielen
im stirnseitigen Bereich des Düsenkörpers 2 ausgebildet, wobei der Ringraum 9 sowohl
das Einzelventilelement 4a als auch das Einzelventilelement 4b beaufschlagt.
-
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bzw. Fig. 2, bei dem das Federelement
5 des radial inneren Einzelventilelementes 4a innerhalb des radial äußeren Einzelventilelementes
4b geführt und auch an diesem abgestützt ist, soll derart gestaltet sein, daß hier
das radial innere Einzelventilelement 4a bei einem geringeren Kraftstoffdrderdruck
öffnet als das radial äußere Einzelventilelement 4b. Hierbei soll deshalb die Summe
der Einspritzquerschnitte der beiden radial inneren Einspritzöffnungen 3 wesentlich
geringer sein als die Summe der Einspritzquerschnitte der Einspritzöffnungen des
radial äußeren Einzelventilelements 4b.
-
Die Kraftstoffzufuhr vom Ringraum 7 erfolgt dabei bei noch geschlossenem
Einzelventilelement 4b über die Stegquerschnitte 8 zum Ringraum 9.
-
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 bzw. Fig. a soll dagegen derart
gestaltet sein, daß hier das radial äußere Einzelventilelement 4b bei einem geringeren
Kraftstofförderdruck als das radial innere Einzelventilelement 4a öffnet.
-
Die Summe der Einspritzquerschnitte der zwei radial äußeren Einspritzöffnungen
3 soll hier größer sein als die Summe der Einspritzquerschnitte der beiden radial
inneren Einspritzöffnungen 3.
-
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 münden die Einspritzöffnungen
3 der Kraftstoffeinspritzdüse 1 im Bereich des Ventilsitzes 6b des radial äußeren
Einzelventilelementes 4b. Weiterhin ist in dem radial äußeren Einzelventilelement
4b der Ventilsitz 6a des radial inneren Einzelventilelementes 4a, der Ringraum 9
zur Kraftstofförderdruckbeaufschlagung des radial inneren Einzelventilelementes
4a
und der Strömungsquerschnitt 8 zur Strömungsverbindung der Ringräume
7 und 9 vorgesehen, womit insbesondere die Dichtflächen der Einzelventilelemente
4a und 4b in fertigungstechnischer Hinsicht verbessert werden können. Die Kraftstoffzufuhr
zu den radial inneren Einspritzöffnungen 3 bei geschlossenem radial äußeren Einzelventilelement
4b erfolgt über eine Verbindungsöffnung 20.
-
Weiterhin soll diese Kraftstoffeinspritzdüse 1 nach Fig. 5 für eine
mehrzylindrige Brennkraftmaschine vorgesehen sein.
-
Um insbesondere fertigungsbedingte Toleranzen der einzelnen Kraftstoffeinspritzdüsen
verschiedener Zylindereinheiten der Brennkraftmaschine ausgleichen zu können, ist
in diesem Ausführungsbeispiel weiterhin eine elektrisch arbeitende Meßwertverarbeitungseinrichtung
11 vorgesehen, die in Abhängigkeit einer charakteristischen Betriebskenngröße einer
nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine, beispielsweise in Abhängigkeit der
Regelstangenstellung einer nicht näher dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe, eine
Regelgröße erzeugt. Die Meßwertverarbeitungseinrichtung 11 betätigt in Abhängigkeit
der erzeugten Regelgröße die Schaltventileinheit 12 im Schließ- und Öffnungssinn.
Die Schaltventileinheit 12 beherrscht eine Druckleitung 13 und Strömungsräume 18,
über die das von einer Hydraulikpumpe 14 aus einem Hydraulikbehälter 15 geförderte
Hydraulikmedium zu einer Druckbeaufschlagungsfläche 16 des radial äußeren Einzelventilelementes
4b gelangt und dort eine zusätzliche Steuerdruckkraft erzeugt, um beispielsweise
bis zu einem exakt bestimmbaren Belastungszustand der Brennkraftmaschine ein sicheres
Abdichten der radial äußeren Einspritzöffnungen 3 der Kraftstoffeinspritzdüsen 1
einer jeden Zylindereinheit auch bei unterschiedlichen Fertigungstoleranzen gewährleisten
zu können. Oberhalb einer bestimmbaren Regelgröße wird dann
die
Schaltventileinheit 12 von der elektrisch arbeitenden Meßwertverarbeitungseinrichtung
11 derart betätigt, daß das von der Hydraulikpumpe 14 geförderte Hydraulikmedium
über die Rücklaufleitung 17 im Kurzschluß gefördert wird und somit keine Steuerdruckkraft
ausüben kann.
-
- Leerseite -