-
Kraftstoff-Einstritzdüse für Brennkraftmaschine
-
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoff-Einspritzdüse
nach der Gattung des hauptanspruchs. Bei Einspritzdüsen dieser Gattung wird um die
Voreinspritzphase zu beenden, ein bestimmtes Volumen des zugeführten Kraftstoffs
durch den ausweichenden Speicherkolben geschluckt, so daß die Ventilnadel vorübergehend
abgebremst oder beI entsprechender Auslegung sogar auf den Ventilsitz zurückgeführt
wird. Außerdem wird die wirksame Druckfläche an der Ventilnadel um die Größe der
zweiten Druckschulter verringert, so daß zum Weiterbewegen der Ventilnadel bzw.
zum Wiederöffnen des Ventils ein merklich höherer Kraftstoffdruck erforderlich ist
und die Hauptmenge des Kraftstoffs bei diesem höheren Druck eingespritzt wird. Die
verringerte wirksame Druckläcne wird bis zum Ende des Elnspritzvorganges beibehalten,
wodurch sich ein exaktes Spritzende mit hohem Schließdruck ergibt.
-
3ei einer bekannten Einspritzdüse der eingangs genannten Gattung (US-PS
2 558 148) ist der Speicherkolben in einer Zylinderbohrung im Inneren der'Ventilnadel
verschiebbar angeordnet. Die Einmündung des Kraftstoff-Hilfskanals liegt an der
einen Stirnseite der Zylinderbohrung, welche die zweite Druckschulter der Ventilnadel
bildet. Der Speicherkolben hat einen im Durchmesser abgesetzten Ventilzapfenansatz,
welcher von der Rückführfeder gegen die Einmündung des Hilfskanals gedrückt ist
und die Einmündung überwacht. Das Aufsteuern des Hilfskanals am Ende der Voreinspritzphase
erfolgt abhängig vom Kraftstoffdruck, der sich annähernd ungedrosselt in den Hilf
skanal fortpflanzt und dort auf die Ventilfläche des Uentilzapfenansatzes am Speicherkolben
einwirkt. Sobald dieser die Einmündung des Hilfskanals freigegeben hat, wirkt der
Kraftstoffdruck in der Zylinderbohrung auf die gesamte QuerschnIttsfläche des Speicherkolbens
einen und führt diesen rasch In seine Endstellung, in welcher wer sich am Gehäuse
abstütztund etwa bis zum Einspritzende verbleibt. Die druckabhängige Einleitung
der Haupteinspritzphase hat den Nachteil, daß bei einer Veränderung der Öffnungsdrücke
für Ventilnadel und Ausweichkolben eine Öffnung des Ausweichkolbens zöglich wird,
ohne daß eine tloreinspritzung stattgefunden hat.
-
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden
merkmalen des Haupt anspruchs hat demgegenüber den orteil, daß die ïaupteinspritzphase
in Abhängigkeit vom
zurückgelegten Hub der Ventilnadel eingeleitet
wird, wodurch sichergestellt wird, daß die Maßnahmen zur Reduzierung der wirsamen
Druckfläche und Schlucken eines Teiles des zugeführten Kraftstoffes, erst eingeleitet
werden, wenn die Ventilnadel einen Querschnitt für die Voreinsprizung freigegeben
hat, d.h.
-
die Voreinspritzung auch wirklich stattgefunden hat.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbidungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich.
-
Ein einfacher konstruktiver Aufbau ergibt sich, wenn der Speicherkolben
in einer Zy'inderbohrung des Düsengehäuses gleichachsig zur Ventilnadel verschiebbar
gelagert ist, während der Voreinspritzphase gegen die zweite Druckschulter der Ventilnadel
gedrückt und mit der Ventilnadel beweglich ist, und selbst den von der Seite her
in die Zylinderbohrung einnündenden Kraftstoff-Hilfskanal- steuert. Bei dieser Anordnung
braucht die Ventilnadel selbst keine Mittel zum Steuern des Kraftstoff-Hilfskanals
aufzuweisen.
-
Bei Einspritzdüsen, die einen Düsenkörper haben, der eine nach innen
öffnende Ventilnadel lagert und an einen Düsenhalter festgespannt ist, welcher eine
Schlleßfederkammer enthält, können der Düsenkörper und die Senti'r,adel einer herkömmlichen
Bauart verwendet werden, wenn die den Speicherkolben aufnehmende Zylinderbohrung
im 3üsenhaXter gebildet ist und in die Schließfederkammer mündet, und wenn die Ventilnadel
über einen Stößel auf den Speicherkolben einwirkt, der sich in die Zylinderbohrung
hinein erstreckt und dort einen die Einmündung der Zylinderbohrung in die Schließfei-erkammer
dichtenden LoLoenabsatz trägt.
-
Eine gegenüber herkömmlichen Bauarten nicht oder nur geringfügig verlängerte
Ausführung einer Einspritzdüse ergibt sich, wenn der Speicherkolben als Ringkörper
ausgebildet und in einer Ringkammer gelagert ist, welche zwischen der Wand der die
Ventilnadel führenden Zylinderbohrung im Düsenkörper und einen im Durchmesser abgesetzten
Ventilnadelabschnitt gebildet ist und an der einen Stirnseite von der als zweite
Druckschulter dienenden Ringschulter am Übergang zum abgesetzten Ventilnadelabschnitt
begrenzt ist.
-
Eine andere konstruktive Lösung einer hubabhängigen Steuerung besteht
erfindungsgemäß darin, daß der Speicherkolben in einer Zylinderbohrung in der Ventilnadel
beweglich gelagert ist und daß der Kraftstoff-Hilfskanal über eine in die Zylinderbohrung
mündende Querbohrung in der Ventilnadel führt.
-
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Mittel
zum Aufsteuern des Hilfskanals über ein hubwandelndes Kraftstoffpolster mit der
Ventilnadel gekoppelt sind. Dadurch ist erreicht, daß die Überdeckung des Hilfskanals
in Schließstellung der Ventilnadel etwa im Verhältnis der Hubübersetzung des Kraftstoffpolsters
größer als der Ventilnadelhub bemessen werden kann, wodurch die Dichtheit der Überdeckung
erhöht wird. Ferner wird auch die Aufsteuerungsgeschwindig-keit des Hilfskanals
entsprechend erhöht.
-
Eine einfache Ausführung ergibt sich, wenn das Kraftstoffpolster in
einer im Durchmesser abgestuften Zylinderbohrung
eingeschlossen
ist, deren weiterer Bohrungsabschnitt einen mit der Ventilnadel fest verbundenen
Kolben führt und deren engerer Bohrungsabschnitt vom Steuerkolben begrenzt ist.
Dabei kann vorteilhaft die das Kraftstoffpolster aufnehmende Zylinderbohrung als
Speicherraum dienen und der Steuerkolben selbst einen Speicherkolben bilden.
-
Zeichnung Vi er Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 das erste Ausführungsbeispiel teilweise im Längsschnitt und teilweise in Seitenansicht,
und die Figuren 2 bis 4 je einen Teil-Längsschnitt durch das zweite, das dritte
und das vierte Ausführungsbeispiel.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die Einspritzdüse nach Figur
1 hat einen Düsenkörper 10, in welchem eine nur angedeutete Ventilnadel 12 verschiebbar
gelagert ist. Der Düsenkörper 10 ist nur
in Seitenansicht dargestellt,
weil die spezielle Ausbildung des eigentlichen Düsenbereichs mit den Scritzöffnungen
im vorliegenden Zusammenhang nur von untergeordneter Bedeutung ist. Der Düsenkörper
10 ist durch eine Überwusfmutter 14 an einem Düsenhalter 16 festgespannt, der am
oberen Stirnende einen Gewindestutzen 18 für den Anschluß einer Leckölleitung hat.
-
Zwischen dem Düsenkörper 10 und dem Düsenhalter 16 ist eine Zwischenscheibe
20 gespannt, welche den Öffnungshub der Ventilnadel 12 begrenzt. Die Ventilnadel
12 hat zu diesem Zweck am Übergang zu einem im Durchmesser geschwachten Nadelabschnitt
22 eine Ringschulter, die am Ende des Öffnungshubes zur Anlage an die untere Stirnseite
der Zwischenscheibe 20 kommt. Auf den Nadelabschnitt 22 ist ein Druckstück 24 aufgesteckt,
an welchem eine Schließfeder 26 angreift, die in einer Schließfederkammer 28 im
Düsenhalter 16 angeordnet ist. Die Schließfeder 26 stützt sich über einen Federteller
30 am Boden der Schließfederkammer 28 ab.
-
Im Düsenhalter 16 ist koaxial zur Schlieߣederkammer 28 eine Zylinderbohrung
32 für einen Speicherkolben 34 vorgesehen, welche vom Gewindestutzen 18 ausgeht
und in die Schließfederkammer 28 mündet. Auf den Speicherkolben 34 wirkt eine Speicherfeder
36 ein, die sich an einem Schraubstück 38 abstützt, welches in einen äußeren Gewinde
abschnitt der Zylinderbohrung 32 eingeschraubt ist und eine zentrale Bohrung 39
zur Leckölabführung enthält. Innerhalb der Schließfeder 26 ist ein Stößel 40 angeordnet,
der mit einem kolbenförmigen Ansatz 42 dichtend in die Zylinderbohrung 32
hineinragt.
Am Übergang zum Ansatz 42 ist eine Ringschulter gebildet, die in der dargestellten
Lage des Stößels 40 auf dem Federteller 30 oben aufliegt. Dabei reicht das untere
Ende 50 des Stößels 40 bis an eine zentrale Schulterfläche des Druckstückes 24 heran.
-
Der Speicherkolben 34 ist an seiner dem Stößel 40 zugekehrten Stirnseite
mit einer Erhebung 52 versehen, welche einen freien Zwischenraum zwischen dem Speicherkolben
34 und dem kolbenförmigen Ansatz 42 des Stößels 40 sicherstellt. In der dargestellten
Schließstellung der Ventilnadel 12 drückt die Speicherfeder 36 den Speicherkolben
34 an den Ansatz 42 des Stößels 40 an.
-
In dieser Stellung überdeckt der Speicherkolben 34 um ein geringes
Hubmaß h1 eine Ringnut 54, welche über einen Hilfskanal 56 mit einem Anschlußstutzen
58 für eine Krafstoffzuleitung verbunden ist. Vom Anschlußstutzen 58 führt ein Hauptkanal
60 in einen Druckraum im Düsenkörper 10, in welchem die Ventilnadel 12 wie bekannt
eine erste Druckschulter auf weist und welcher über einen von der Ventilnadel 12
überwachten Ventilsitz mit den Spritzöffnungen erbunden ist.
-
Die dargestellte Einspritzdüse arbeitet wie folgt: Zum Beginn eines
Einspritzvorganges wirkt der zugeführte Kraftstoff nur auf die im Düsenkörper 10
liegende erste Druckschulter der Ventilnadel 12 ein, wodurch die Ventilnadel 12
verschoben wird. Gleichzeitig verschiebt die Ventilnadel 12 huber den Stößel 40
den Speicherkolben
34 um das Hubmaß h1 nach oben, so daß dieser
die Ringnut 54 aufsteuert. Von diesem Augenblick an gelangt Kraftstoff über den
Hilfskanal 56 in den zwischen Speicherkolben 34 und Ansatz 42 liegenden Bereich
der Zylinderbohrung 32. Der Speicherkolben 34 weicht nach oben aus und schluckt
dabei ein bestimmtes Volumen des zugeführten Kraftstoffs, so daß der Kraftstoffdruck
vorübergehend sinkt. Gleichzeitig übt der KraStstoffdruck eine Schließkraft auf
die Stirnfläche des Ansatzes 42 aus. Dadurch wird die Ventilnadel 1-2 rasch auf
den Ventilsitz zurückgeführt. Bis dahin ist eine Voreinspritzmenge des Kraftstoffs
bei einem mässigen Voreinspritzdruck aus der Einspritzdüse ausgetreten.
-
Durch die Einwirkung des Kraftstoffdrucks auf die Stirnfläche des
kolbenförmigen Ansatzes 42 wird im Ergebnis die in Öffnungsrichtung wirksame Angriffsfläche
des Kraftstoffs an der Ventilnadel 12 um die Querschnittsfläche des Ansatzes 42
verringert, so daß die Ventilnadel 12 vom Ventilsitz erst wieder abgehoben wird,
wenn der Kraftstoffdruck au" einen merklichen höheren Wert angestiegen ist. Danach
wird in einer zweiten Phase des Einspritzvorganges die Hauptmenge des- Kraftstoffs
bei dem höheren Druck eingespritzt. Der höhere Offnungs- bzw. Schließdruck bleibt
jetzt unabhängig vom Nadelhub bis zum vollständigen Ende des Einspritzr vorganges
erhalten, so daß sich ein scharfes Spritzende mit schnellem Nadelschließen ergibt.
-
Die Einspritzdüse nach Figur 2 hat eine Ventilnadel 6k, die in einem
Düsenkörper 66 verschiebbar gelagert ist und Im 3ereich eines Druckraums 68 eine
erste Druckschulter 7O hat. Der Düsenkörper 66 und eine Zwischenscheibe 72 sind
mit ilfe einer nicht dargestellten Schraubmutter
an einem Düsenhalter
74 festgespannt. In diesem ist wie üblich eine Kammer 76 für eine Schließfeder vorgesehen,
die über ein Druckstück 78 auf die Ventilnadel 64 einwirkt. Der Druckraum 68 ist
über einen durch Bohrungen und Ringnuten in den einzelnen Gehäuseteilen gebildeten
Hauptkanal 80 mit einem Kraftstoff-Anschlußstutzen am Düsenhalter 74 verbunden.
-
Im Düsenkörper 66 ist eine Zylinderbohrung 82 vorgesehen, in welcher
die Ventilnadel 64 mit geringem, in der Zeichnung vergrößert dargestellten Bewegungsspiel
axial geführt ist. Die Zwischenscheibe 72 hat eine zentrale Durchgangsbohrung 84,
deren Durchmesser kleiner als jener der Zylinderbohrung 82 ist, so daß sich in der
Trennebene der Teile 66, 72 eine Ringschulter 86 ergibt. Die Ventilnadel 64 hat
einen im Durchmesser verkleinerten Abschnitt 88, der sich innen halb der Zylinderbohrung
82 erstreckt und in einen Endzapfen 89 übergent, der die Durchgangsbohrung 84 durchsetzt
und das Druckstück 78 trägt. Am Übergang zum Abschnitt 88 ist an der Ventilnadel
64 eine zweite Druckschulter 90 gebildet, welche der ersten Druckschulter 70 entgegengerichtet
ist und deren Fläche kleiner ist als die in Öffnungsrichtung insgesamt wirkende
Angriffsfläche des Kraftstoffs an der Ventilnadel 64.
-
Zwischen dem Abschnitt 88 der Ventilnadel 64 und der Wand der Zylinderbohrung
82 ist eine Ringkammer 92 gebildet, die in axialer Richtung von der gehäusefesten
Ringschulter 86 und der Druckschulter 90 an der Ventilnadel 64 begrenzt ist. Auf
den Abschnitt 88 ist ein als Ringkörper ausgebildeter Speicherkolben 94 aufgesteckt,
der sowohl gegenüber dem Ansatz 88 als auch gegenüber
der Wand
der Zylinderbohrung 82 nur ein geringes radiales Bewegungsspiel hat und der um den
Gesamthub h der Ventilg nadel 64 kürzer ist als die Ringkammer 92, wenn sich die
Ventilnadel 64 in Schließstellung befindet. Der Speicherkolben 94 ist an seinem
oberen Rand mit drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Ausnehmungen 96 zur
Aufnahme von Schraubenfedern 97 versehen, die sich an der Ringschulter 86 abstützen
und den Speicherkolben 94 gegen die Druckschulter 90 der Ventilnadel 64 drücken.
-
In der Zylinderbohrung 82 ist eine Ringnut 98 vorgesehen, die über
einen Hilfskanal 100 an den Eauptkanal 80 angeschlossen ist. Die untere Flanke der
Ringnut 94 ist um die Lange h eines Voreinspritzv hubes gegenüber der Druckschulter
90 versetzt, wenn sich die Ventilnadel 64 in Schließstellung befindet.
-
Die Kammer 76 im Düsenhalter 74 ist wie bekannt mit einem Leckölanschluß
versehen.
-
Wenn die Ventilnadel 64 den Vorhub hv zurückgelegt hat, gelangt die
Druckschulter 90 in den Bereich der Ringnut 98. Von diesem Augenblick an wirkt der
Kraftstoffdruck über den Hilfskanal 100. in den Spalt zwischen Ringkolben 94 und
Druckschulter 90 und führt den Speicherkolben 94 nach oben, bis er an der Zwischenscheibe
72 anschlägt. Der Speicherkolben 94 schluckt dabei ein gewisses Volumen des Kraftstoffs
und gleichzeitig übt der Kraftstoffdruck eine Schließkraft auf die Druckschulter
90 aus, so daß die Ventilnadel 64 wieder schließt. Durcn die Einwirkung des Kraftstoffdrucks
auf die Druckschulter 90 wird die in Öffnungsrichtung wirksame Angriffsfläche des
Kraftstoffs Ün die La=he der Druckschulter 90 verkleinert. Der
Kraftstoffdruck
muß jetzt wie im vorbeschriebenen Beispiel auf einen merklich höheren Wert ansteigen,
bis die Ventilnadel 64 wieder vom Ventilsitz abgehoben und in ihre volle Offenstellung
überführt wird, in der sie sich über den Speicherkolben 94 an der Zwischenscheibe
72 abstützt. Der höhere Schließdruck bleibt erhalten, bis die Ventilnadel in ihre
Schließstellung zurückgekehrt ist.
-
Die Einspritzdüse nach Figur 3 hat einen Speicherkolben 110, der in
einer Zylinderbohrung 112 einer Ventilnadel 114 mit geringem Bewegungsspiel geführt
ist. In die Zylinderbohrung 112 mündet eine Querbohrung 116 ein, deren obere Kante
in der Schließstellung der Ventilnadel 114 um die Länge eines Vorhubes h von der
unteren v Flanke einer Ringnut 118 entfernt ist, welche über einen ilfskanal 120
mit einem Hauptkanal 122 verbunden ist.
-
Dieser führt in einen Druckraum 124, innerhalb welchem die Ventilnadel
114 eine erste Druckschulter 126 hat.
-
In der Zylinderbohrung 112 ist eine Ringschulter 128 gebildet, gegen
welche der Speicherkolben 110 durch eine Schraubenfeder 130 gedrückt ist. Diese
stützt sich an einer Platte 132 ab, welche mit der Ventilnadel 114 fest verbunden
ist und als Druckstück für eine Schließfeder 134 dient, welche im Schließsinn auf
die Ventilnadel 114 einwirkt. Die Schließfeder 134 ist in einer Kammer 136 angeordnet,
an deren Boden 138 sie sich abstützt. Am Boden 138 ist ferner ein Anschlagbolzen
140 befestigt, welcher im Zusammenwirken mit der Platte 132 den Ventilnadelhub auf
das Maß h begrenzt. Am Speicherg kolben 110 ist ein Zapfen 142 angeformt, welcher
im Zusammenwirken mit dem Anschlagbolzen 140 den gesamten
Hub des
Speicherkolbens 110 auf das Maß hSbegrenzt.
-
Die Kammer 136 ist mit einer Leckölleitung 144 verbunden.
-
Wenn die Ventilnadel 114 den Vorhub hv zurückgelegt hat, kommen die
Querbohrungen 116 und die Ringnut 118 zur Überdeckung, so daß sich der Kraftstoffdruck
.auch in der Zylinderbohrung 11 unterhalb des Speicherkolbens 110 aufbaut und den
Speicherkolben nach oben bis zum Anschlag an dem Anschlagbolzen 140 führt. Dabei
schluckt der Speicherkolben 110 ein gewisses Krzftstoffvolumen, so daß der Kraftstoffdruck
auf die Bodenfläche 146 der Zylinderbohrung 1.12 ein, so daß die Ventilnadel 114
wieder auf den Ventilsitz zurückgeführt wird. Wenn der Kraftstoffdruck danach auf
einen entsprechend höheren Wert angestiegen ist, wird die Ventilnadel wieder in
Öffnungsrichtung verschoben, bis die Platte- 132 nach Zurücklegung des gesamten
Hubes h an den Anschlagbolzen 140 ang schlägt. Der erhöhte Schließdruck bleibt danach
bis zum völligen Schließen der Ventilnadel erhalten.
-
Der Unter dem Einfluß der Schraubenfeder 130 in seine dargestellte
Ausgangslage zurückkehrende Speicherkolben 110 verdrängt das vorher aufgenommene
Kraftstoffvolumen in den Hauptkanal 122, solange sich die
Querbohrung
116 und die Ringnut 118 überdecken. Danach kann das gegebenenfalls noch zu verdrängende
Kraftstoffvolumen über das Radialspiel zwischen Speicherkolben 110 und der Wand
der Zylinderbohrung 11,2, sowie über die Kammer 136 und von dort in die Leckölleitung
144 gelangen.
-
Die Einspritzdüse nach Fig. 4 stimmt im Prinzip mit der Einspritzdüse
nach Fig. 1 überein. Unterschiedlich ist, daß die Mittel zum Aufsteuern des Hilfskanals
56, nämlich ein Speicherkolben 150, über ein hubwandelndes Kraftstoffpolster 152
mit der Ventilnadel gekoppelt sind. Das Kraftstoffpolster 152 ist in einer Zylinderbohrung
154 eingeschlossen, die zwei im Durchmesser unterschiedlich große Bohrungsabschnitte
156, 158 hat.
-
Im größeren Bohrungsabschnitt 156 ist ein Kolben 160 dicht geführt,
der mit der Ventilnadel über den Stößel 40 mechanisch gekoppelt ist. Im engeren
Bohrungsabschnitt 158 der Zylinderbohrung 154 ist der Speicherkolben 150 dicht geführt,
welcher einen Ringbund 162 hat, der in der Schließstellung der Ventilnadel von einer
Rückführfeder 164 gegen eine gehäusefeste Schulter 166 gedrückt ist.
-
Der Hilfskanal 56 mündet wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1
in eine Ringnut 54 ein, die den engeren Bohrungs-.bsrhnitt 158 der Zylinderbohrung
154 umgibt, welche gleichzeitig den Speicherraum bildet. Der Speicherkolben 150
ist so bemessen, daß er in der dargestellten Ausgangslage die Ringnut 54 um das
Maß h2 überdeckt. Das Maß h2 kann bzw. muß größer als das Maß h1 in Fig. 1 bemessen
werden, weil der Speicherkolben 150
einen um das Durchmesserverhältnis
d1/d2 der Kolben größeren Weg als die Ventilnadel bzw. der Kolben 160 zurücklegt
Dadurch wird die Dichtheit der Überdeckung des Hilfskanals 56 bzw.
-
der Ringnut 54 verbessert. Im übrigen laufen die Vorgänge wie bei
der Ausführung nach Fig. 1 ab. Der Hub des Speicherkolbens 150 wird durch eine eingesetzte
Buchse 168 begrenzt.