DE3412625A1 - Verfahren zum steuern des ausflussquerschnittes von einspritzduesen fuer direkt einspritzende brennkraftmaschinen und einspritzduese zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum steuern des ausflussquerschnittes von einspritzduesen fuer direkt einspritzende brennkraftmaschinen und einspritzduese zur durchfuehrung des verfahrens

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Description

üb-gr ·
M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Ak 1 ionqcKL111 scha f 1 . «v —
Nürnberg, 25. März 1983
Verfahren zum Steuern des Ausflußquerschnittes von Einspritzdüsen für direkt einspritzende Brennkraftmaschinen und Einspritzdüse zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoff-Einspritzverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf eine Einrichtung zu Durchführung dieses Verfahrens.
Ein derartiges Kraftstoff-Einspritzverfahren ist aus der DE-OS 29 23 670 (britische Patentanmeldung Nr. 80 19 27) bekannt. Bei diesem findet zur Durchführung des Verfahrens eine nach innen öffnende Drosselzapfendüse Anwendung.
Bei Zapfendüsen dieser Art muß die Schließkraft der Federn so ausgelegt sein, daß die Düsen auch wieder gegen die maximal auftretenden Gasdrücke im Zylinder stets sicher schließen. Einspritzdüsen dieser Art bauen deshalb sehr groß.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die gemäß dem bekannten Verfahren gesteuerte Direkteinspritzung mit Hilfe von Einspritzdüsen durchzuführen, die kleiner bauen, wodurch sich eine vereinfachte Konstruktion des Zylinderkopfes und der gesamten Einspritzleitungen und damit eine Senkung der Gesamtkosten für die Einspritzanlage ergibt.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine in Richtung Brennraum öffnende Einspritzdüse Verwendung findet
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Bei einer derartigen Einspritzdust· wirkt sich der entstehende Gasdruck positiv auf die Schließwirkung aus.
Die Einspritzdüse der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Düsennadel unter der Wirkung des Kraftstoffdruckes gegen Federkräfte verschoben wird und dabei den Ausflußquerschnitt für den einzuspritzenden Kraftstoff progressiv freigibt, zeichnet sich dadurch aus, daß bei ihr die Düsennadel in seiner Schließlage und während eines ersten Hubweges durch eine Primärfeder und während eines zweiten Hubweges durch eine Sekundärfeder beeinflußt wird, und daß zu Beginn der Einspritzung beim ersten Hubweg (Vorhub) die Verschiebung der Düsennadel mit einer gewissen Verzögerung erfolgt, daß sich die Primärfeder einerseits gegen einen Vorhubkolben und andererseits gegen einen Hauptkolben abstützt, der auf der gegenüberliegenden Seite durch die Sekundärfeder beaufschlagt wird, die sich andererseits wieder am Düsenkörper abstützt, daß der Vorhubkolben über einen Haltebund mit der Düsennadel in Verbindung steht und im Haltebund und/oder Vorhubkolben Steueröffnungen vorgesehen sind.
Dadurch ist es möglich, den Nadelhub der Einspritzdüse derart zu steuern, daß bei niedriger Drehzahl und Last nur bestimmte Vorhubwerte sich ergeben und daß bei Vollastbetrieb noch ein zusätzlicher Hub möglich ist. Während der Vorhubzeit wird das rasche Ansprechen des Düsennadelventils durch die Steueröffnungen eingeschränkt, dagegen kann sich die Düsennadel nach Erreichung des Vorhubs bis zum Vollhub verhältnismäßig schnell bewegen.
Weitere Vorteile und Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der weiteren Unteransprüche.
Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer derartigen Düse entnommen werden. Es zeigen:
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fig. 1 einen Längsschnitt durch die Hälfte einer zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagenen Einspritzdüse und
Fiq . 2 eine zweiteilige Ausführung des sogenannten Vorhub-Dämpfungskc'lbens der Einspritzdüse, ebenfalls halbseitig im Schnitt.
In der Figur 1 findet zur Befestigung einer vorstehenden Düse ein herkömmlicher Düsenhalter 1 und ein Befestigungsteil 2 Anwendung. Der Düsenkörper der Düse ist mit. 3 und die Düsennadel mit 4 bezeichnet. Der Ventilkegel 5 der Düsennadel 4 und sein zugehöriger Sitz am Düsenkörper 3 sind so bearbeitet, daß sich die für das hier zugrundeliegende Verfahren gewünschte Hub- bzw. Querschnittscharakteristik ergibt. Der Ventilhub wird so gesteuert, daß bei Betrieb mit niedriger Drehzahl und Last sich ein Ventilhub bis zum Vorhubwert L, ergibt und daß bei Vollastbetrieb ein weiterer Hubweg, nämlich L„ , möglich ist, so daß der volle Hub dann L, + L~ beträgt. Dabei wird während der Vorhubzeit daß normalerweise rasche Ansprechen des Ventils eingeschränkt, um die in diesen Betriebsbereichen gewünschten Querschnittsflächen bzw. Einspritzmengen zu erhalten, während die Ventilbewegung vom Vorhub zum Vollhub schneller erfolgen wird. Auch der Schließvorgang wird aufgrund der Öffnungsweise der Düse verhältnismäßig schnell ablaufen.
In der Figur 1 weist der Düsenkörper 3 eine als Federraum■ausgebildete Bohrung 6a, 6b auf, in der eine Primärfeder 7 sowie eine Sekundärfeder 8 angeordnet sind. Zwischen beiden liegt ein Hauptkolben 9 vor. Die Primärfeder 7 wirkt auf den sogenannten Vorhub-Kolben 10, der durch den Düsennadel-Haltebund 11 in seiner Lage gehalten wird.
Di ο Primärfeder 7 ist so' eingestellt, daß sich ein Nenn-Öf f nungsdruck von ca. 80 bar ergibt. Die zweite Feder 8 wiederum ist so ausgelegt, daß bei einem Nenndruck von 150 bis 200 bar ein Gleichgewichtszustand eintritt. Sowohl Hauptkolben 9 als auch
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Vorhub-Kolben 10 sind im wesentlichen kraftstoffdicht und bewegen sich mit Gleitsitz in der Bohrung 6a, "6b des Düsenkörpe-rs 3 und auf der Düsennadel 4 .
Beim Einspritzen (der Kraftstoff wird durch den Kraftstoffzufluß 12 zugeführt) steigt der Kraftstoffdruck am Ventilkegel 5 an und der Ventilkegel 5 bewegt sich, gesteuert durch die Kraft der Feder 7 und durch das Abfließen von Kraftstoff aus dem Federraum der Feder 7 über Steueröffnungen 13, die im Haltebundteil 11 der Düsennadel vorliegen, nach außen, also in Richtung Brennraum. Dabei wird die gewünschte Steuerung des Vorhubs L, durch die Anzahl und die Größe der if
Steueröffnungen 13 erzielt. Die Geschwindigkeit, mit der |
ί dieser Hub erfolgt und somit der effektive Querschnitt
während dieses Vorhub-Einspritzvorgangs ergibt sich aus der Geschwindigkeit, mit der der Kraftstoff durch die Steuer-
f öffnungen 13 gedrückt wird, sowie aus der Leck.menge an den Kolben 9 und 10. Sobald der Kolben 10 die Vorhubstrecke L, zurückgelegt hat, muß die nach außen öffnende Düsennadel den Hauptkolben 9 bewegen. Dies geschieht ohne nennenswerte Dämpfung bis zur vollen Hubhöhe L, + L„ entgegen der Wirkung der Sekundärfeder 8.
Sobald der Einspritzvorgang beendet ist, sinkt der Druck in der Kraftstoffzuleitung ab und die Düsennadel kann wieder auf ihren Sitz zurückkehren. Die Rückbewegung des Kolbens 10 (sowie der Düsennadel) von der Vorhubhöhe L, auf Null wird durch den Zufluß von Kraftstoff zum Federraum der Feder 7 durch ein Rückschlagventil 14 unterstützt.
Der Vorhub-Dämpfungskolben mit dem Düsennadel-Haltebund kann einteilig ausgebildet sein. Für die Ermittlung des erforderlichen Dämpfungsgrades während der Abstimmversuche (für jede Änderung des Dämpfungsgrades müssen die Steueröffnungen eine
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andere Größe erhalten) ist es aber auch vorteilhaft, den Vorhub-Dämpfungskolben zweiteilig auszubilden. Eine derartige Ausführung zeigt Figur 2.
In dieser Figur ist der' Haltering 11' für die Düsennadel 4' drehbar ausgebildet und weist sechs abstandsqjleiche Steueröffnungen 13' auf und zwar auf dem gleichen Teilkreis wie fünf Dämpfungsöffnungen 13'' im Vorhub-Dämfpungskolben 10'. Durch schrittweises Verdrehen des drehbaren Ringes 11' kann eine unterschiedliche Übereinstimmung zwischen den Dämpfungsöffungen 13'' und den Steueröffnungen 13' hergestellt werden, mit anderen Worten: die Drosselwirkung der Steueröffnungen 13' und somit die Dämpfungswirkung wird durch Drehen des Ringes 11' ermittelt. Durch einen Nocken 15 am" Vorhub-Dämpfungskolben 10', der in eine bestimmte Kerbe des Ringes 11' einrastet, kann eine bestimmte Stellung des Ringes eingestellt werden. Ein Weiterdrehen ist dann unterbunden.
Mit der vorliegenden Erfindung kann eine Dämpfung der ersten Reaktion einer nach außen öffnenden Kegelzapfendüse erzielt werden, um so eine kontrollierte Einspritzung mit einer bestimmten sich ändernden Strahlcharakteristik gemäß dem eingangs erwähnten Verfahren zu erreichen.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt eine einfache Realisierung einer zur Durchführung des Erfindungsgedankens notwendigen Einheit. Es ist selbstverständlich, daß sich das Prinzip der kontrollierten Einspritzung auch mit einer etwas abgewandelten Form der vorgeschlagenen Einspritzdüse verwirklichen läßt. Beispielsweise könnte anstelle des Rückschlagventil 14 ein oder mehrere Wechselventile Anwendung finden. Auch könnten die Steueröffnungen 13 ganz entfallen, wenn man dafür Sorge trägt, daß durch die Kraftstoff-Leckrnengen an den Kolben 9 und 10 die notwendige Verzögerung eintreten kann.
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Claims (1)

  1. üb-gr
    M.A.N. Maschinenfabrik Augsburq-Nürnborg
    Ak ιlengest1lschsft
    Nürnberg, 25. März 1983
    Patentansprüche
    1. Kraftstoff-Einspritzverfahren für direkt einspritzende, selbstzündende oder fremdgezündete Brennkraftmaschinen, welche im Kolbenboden einen rotationskorperförmigen Brennraum aufweisen, in dem eine um die Brennraumlängsachse rotierende Luftbewegung (Luftdrall) herrscht, wobei der Kraftstoff durch eine veränderliche Düsenoffnungsgeometrie aufweisende Einspra tzdüse im oberen Drehzahl- und/oder Lastbereich weitgehend filmartig auf die Brennraumwand aufgetragen wird, während im Leerlauf sowie im unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich des Motors eine möglichst weitgehende Kraftstoff-Luftvermischung erfolgt, und die Freigabe (Vergrößerung) des Öffnungsquerschnittes (Ausflußquerschnittes) der Düsennadel durch entsprechende Auslegung an sich bekannter Mittel, wie beispielsweise Federn mit entsprechender Charakteristik, in Abhängigkeit von mehreren frei gewählten Motorkennfeldbereichen erfolgt, welche vom Leerlaufbereich bis zum Vollast bereich verlaufen, wobei die Anpassung (Vergrößerung) des Öffnungsquerschnittes der Düsennadel der Einspritzdüse an die einzelnen Kennfeldbereiche derart erfolgt, dai5 im unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich eine wesentlich langsamere Vergrößerung und im oberen Drehzahl- und/oder Lastbereich eine schneller ansteigende Vergrößerung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Richtung Brennraum öffnende Einspritzdüse Verwendung findet .
    22.8838
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    Einspritzdüse nach Anspruch 1,. bei welcher die Düsennadel unter der Wirkung des Kraftstoffdruckes gegen Federkräfte verschoben wird und dabei den Ausflußquerschnitt für den einzuspritzenden Kraftstoff progressiv freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (4, 41) in seiner Schließlage und während eines ersten Hubweges (L,) durch eine Primärfeder (7) und während eines zweiten Hubweges ( L„) durch eine Sekundärfeder (8) beeinflußt wird, und daß zu .Beginn der Einspritzung beim ersten Hubweg (Vorhub) die Ver- · Schiebung der Düsennadel (4, 4') mit einer gewissen Verzögerung erfolgt, daß sich die Primärfeder (7) einerseits gegen einen Vorhubkolben (10, 10') und andererseits gegen einen Hauptkolben (9) abstützt, der auf der gegenüberliegenden Seite durch die Sekundärfeder (8) beaufschlagt wird, die sich andererseits wieder am Düsenkörper (3) abstützt, daß der Vorhubkolben (10, 10') über einen Haltebund (11, II1) mit der Düsennadel (4, 41) in Verbindung steht, und im Haltebund (11, 11') und/oder Vorhubkolben (10, 10') Steueröffnungen (13, 13', 13' ') vorgesehen sind.
    3. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorhub-Kolben (10, 10') nach dem ersten Hubweg der Düsennadel (4, 4') auf den durch die Sekundärfeder (8) beeinflußten Hauptkolben ("9) wirkt, so daß während des zweiten Hubweges nur die Sekundärfeder (8) zur Wirkung kommt.
    4. Einspritzdüse nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltebund (11) und der Vorhubkolben (10) einteilig ausgebildet sind.
    RP 22.883 8
    EPO - COPY
    5. Einspritzdüse nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltebund (H') und der Vorhubkolben (101) zweiteilig ausgebildet sind.
    6. Einspritzdüse nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Haltebund (11, ]Γ! oder im VorhuDkolben (10, 10') ein Rückschlagventil (14, 14') vorgesehen ist.
    PO-COPY _
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