DE3502749C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzeinrichtung für eine Diesel-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer bekannten Brennstofeinspritzeinrichtung der vorstehenden Art (DE-OS 31 05 671) ist der an seinem hinteren Ende mit Brennstoffeinspritzdruck beaufschlagte Kolben zunächst in einem solchen Abstand von dem Ende der Ventil­ nadel angeordnet, daß diese bis zum Anschlag an dem Kolben nur einen gewünschten konstanten Vorhub ausführen kann. Längs dieses Vorhubes bewegt sich der Drosselzapfen der Ventilnadel im Drosselbereich, so daß der Brennstoff fein zerstäubt wird und die je Kurbelwinkel-Einheit eingespritzte Brennstoffmenge gesteuert werden kann, indem der Zeitraum ausgedehnt wird, während dessen sich die Ventilnadel in dem genannten Drosselbereich befindet. Nach dem erfolgten Anschlag kann die Ventilnadel durch den an ihrem spritzseitigen Ende anliegenden Brennstoffdruck erst dann weiter angehoben werden, wenn dieser Druck so weit gesteuert wird, daß die daraus resultierende Öffnungskraft die an dem Kolben wirkende Kraft des Brennstoffdruckes und die Kraft der Schließfeder überwindet. In dieser Stellung der Ventilnadel findet dabei eine Selbstregelung des Ventilnadelhubes statt, durch die Schwankungen bezüglich des effektiven Brennstoffdurchtritts-Querschnitts im Bereich des Spritzloches von Zylinder zu Zylinder, beispielsweise aufgrund von Rußablagerungen oder bearbeitungsbedingten Abmessungsschwankungen des Spritzlochdurchmessers, ausgeglichen werden können.

Durch diese Selbstregelung ist es weiterhin möglich, beispielsweise in einem Zylinder mit einem Spritzloch, das enger als das Spritzloch der übrigen Zylinder ist, trotzdem eine Verringerung der Einspritzmenge und/oder eine Ausdehnung der Einspritzdauer zu verhindern, da bei Vorliegen eines kleineren Durchtrittsquerschnitts entsprechend der Brennstoffdruck höher wird, so daß dadurch die Hubhöhe der Ventilnadel steigt.

Nachteilig an dieser bekannten Brennstoffeinspritzein­ richtung ist jedoch, daß die Höhe des Vorhubes ausschließlich vom Brennstoffdruck abhängt und der Vorhub deshalb nur auf einen besonderen Betriebszustand der Brennkraftmaschine genau eingestellt ist. Verschiedene, die Brennstoffzerstäubung und/oder die Änderung der Brennstoffeinspritzmenge beeinflussende Betriebszustände der Brennkraftmaschine können somit nicht in geeigneter Weise ausgenützt werden. So ist es bei der bekannten Brenn­ stoffeinspritzeinrichtung z. B. schwierig, den Ventilnadelhub so zu steuern, daß über einen breiten Bereich der Betriebszustände hinweg eine bessere Verbrennung erreicht wird und dadurch eine optimale Leistung erzielt wird.

Das entsprechende gilt für eine andere bekannte Brennstoff­ einspritzeinrichtung (DE-OS 25 51 330), bei der zum Zweck einer lastabhängigen Steuerung des Ventilnadelhubes hinter der Ventilnadel ein axial verstellbarer Anschlagstift angeordnet ist. Dieser Anschlagstift ist Teil eines Kolbens, der in einem von Leckbrennstoff beaufschlagten Zylinder im Düsenkörper geführt ist. Der Zylinder weist eine Ableitbohrung auf, die bei niedriger Last verschlossen ist, so daß der Leckbrennstoff den Kolben und damit den Anschlagstift bis zu einer ersten Endstellung in den Düsenkörper hineinschiebt. Hierdurch wird der Ventilnadelhub auf einen bestimmten Vorhub begrenzt. Übersteigt die Last der Brennkraftmaschine einen bestimmten Wert, so wird die Ableitbohrung durch ein Schaltventil aufgesteuert, so daß der Leckbrennstoff aus dem Zylinder entweichen kann und der Kolben unter Federbelastung in eine zweite Endstellung zurückweicht. Damit ist für die Ventilnadel der bestimmungsgemäße Maximalhub freigegeben. Auch diese bekannte Ein­ spritzeinrichtung ermöglicht somit keine Anpassung des Vorhubes an unterschiedliche Betriebszustände der Brenn­ kraftmaschine.

Schließlich ist bei einer anderen bekannten Einspritzeinrichtung (GB-PS 13 99 757) ist dem rückwärtigen Ende der Ventilnadel ein in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine axial verstellbarer Anschlagstift zugeordnet, an dem die Ventilnadel anschlägt und der je nach seiner Einstellung die Hubhöhe der Ventilnadel bestimmt. Die axiale Verstellung des Anschlagstiftes erfolgt entweder mechanisch über ein Gewinde durch Verdrehen des Stiftes oder mit Hilfe einer Magnetspule, zu der der Anschlagstift den Anker bildet und die über eine Steuereinrichtung drehzahl- und lastabhängig beaufschlagt wird. Hierdurch kann zwar die Ventilnadel über ihre ganze Hubhöhe drehzahl- und lastabhängig einge­ stellt werden, jedoch ist diese Lösung, insbesondere was den baulichen Umfang der Einspritzeinrichtung betrifft, ziemlich aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffeinspritzein­ richtung der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß bei einfachem Aufbau und ohne komplizierte Regel- und Steuervorgänge eine genauere Anpassung der Einspritzbedingungen an verschiedene innere und äußere Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch die Einschaltung eines Leckbrennstoffvolumens in einem Steuerraum zwischen dem Kolben und der Ventilnadel, das als Mittel zur Kraft­ übertragung dient, und durch die Anordnung einer Mehrzahl von Leckbrennstoff-Ableitbohrungen im Bereich dieses Steuerraumes ist es auf konstruktiv sehr einfache Weise möglich, mittels eines vom Brennstoffdruck beaufschlagten Kolbens den jeweils gewünschten Hub der Ventilnadel in Abhängigkeit vom Betriebszustand einzustellen. Selbst wenn zum Steuern der genannten Ableitbohrungen Schaltventile herangezogen werden, brauchen diese lediglich in die Offen- oder Schließstellung verstellt zu werden, um den gewünschten Steuerungseffekt zu erzielen.

Durch die Lage der Ableitbohrungen kann die jeweils gewünschte Hubhöhe der Ventilnadel und damit der Brennstoffdurchtritts- Querschnitt im Drosselbereich festgelegt werden. Letztere kann zusätzlich nach einer vorteilhaften Weiterbildung gemäß Anspruch 2 verändert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich den übrigen Unteransprüchen entnehmen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Teilschnitt durch den Brennraumbereich eines Dieselmotors mit direkter Einspritzung unter Anwendung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritz­ einrichtung;

Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt einer Zapfen- Einspritzdüse, die bei der Einspritzeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform Anwendung findet;

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise des Steuerschaltkreises in der Einspritzeinrichtung der ersten Ausführungsform;

Fig. 4 ein Schaubild, aus dem die Beziehung zwischen dem Ventilnadelhub und dem Ventilöffnungsdruck sowie zwischen dem Ventilnadelhub und der Sprühfläche bei der Einspritzeinrichtung nach der ersten Ausführungsform hervorgeht;

Fig. 5 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Betriebsbereiche, auf deren Grundlage die Einspritzeinrichtung nach der ersten Ausführungsform gesteuert wird;

Fig. 6 einen vergrößerten Längsschnitt einer Zapfen- Einspritzdüse, die in einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzeinrichtung Anwendung findet;

Fig. 7 ein Schaubild, aus dem die Beziehung zwischen dem Ventilnadelhub und dem Ventilöffnungsdruck sowie zwischen dem Ventilnadelhub und der Sprühfläche bei der zweiten Ausführungsform hervorgeht;

Fig. 8 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine, in denen die zweite Ausführungsform gesteuert wird;

Fig. 9 einen vergrößerten Querschnitt einer Zapfen- Einspritzdüse, die bei einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzeinrichtung Anwendung findet;

Fig. 10 ein Schaubild, aus dem die Beziehung zwischen dem Ventilnadelhub und dem Ventilöffnungsdruck sowie zwischen dem Ventilnadelhub und der Sprühfläche bei der dritten Ausführungsform hervorgeht;

Fig. 11 einen vergrößerten Längsschnitt einer Zapfen- Einspritzdüse, die in einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzeinrichtung Anwendung findet;

Fig. 12 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebs­ weise der Steuereinrichtung für die vierte Aus­ führungsform;

Fig. 13 ein Schaubild, aus dem die Beziehung zwischen dem Ventilnadelhub und dem Ventilöffnungsdruck sowie zwischen dem Ventilnadelhub und der Sprühfläche bei der vierten Ausführungsform hervorgeht;

Fig. 14 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Betriebs­ bereiche der Brennkraftmaschine, innerhalb denen die Einspritzeinrichtung gemäß der vierten Ausführungsform gesteuert wird;

Fig. 15 einen Teil-Längsschnitt einer Zapfen-Einspritzdüse, die in einer fünften Ausführungsform Anwendung findet;

Fig. 16 eine schematische Darstellung der Steuereinrichtung für die Brennstoffeinspritzeinrichtung gemäß der fünften Ausführungsform;

Fig. 17 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise der Steuereinrichtung gemäß der fünften Ausführungsform;

Fig. 18 ein Schaubild, aus dem die Beziehung zwischen dem Ventilnadelhub und dem Ventilöffnungsdruck sowie zwischen dem Ventilnadelhub und der Sprühfläche bei der fünften Ausführungsform hervorgeht, und

Fig. 19 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Betriebsbereiche, aufgrund deren die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzeinrichtung gemäß der fünften Ausführungsform gesteuert wird.

In Fig. 1, die den Brennraumbereich eines Dieselmotors mit direkter Brennstoffeinspritzung und unter Anwendung einer erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzeinrichtung nach einer ersten Ausführungsform zeigt, ist mit Bezugszeichen 2 ein Zylinder bezeichnet, der in einem Zylinderblock 1 angeordnet ist.

Ein Zylinderkopf 3 sitzt auf der Oberseite des Zylinderblockes 1, und ein Kolben 4 ist hin- und hergehend in dem Zylinder 2 eingepaßt. Der Kolben 4 ist an seiner Oberseite mit einer Aushöhlung 4a versehen, die einen Brennraum 5 bildet. Mit dem Brennraum 5 stehen eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung (beide nicht dargestellt) in dem Zylinderkopf 3 in Verbindung. Die Einlaßöffnung ist so geformt und angeordnet, daß während des Ansaughubes in dem Brennraum 5 ein Luftwirbel erzeugt wird.

Eine Glühkerze 6 zur Erleichterung des Kaltstartes und eine Zapfen-Einspritzdüse 7 sind in dem Zylinderkopf 3 montiert. Die Einspritzdüse 7 ist so ausgerichtet, daß sie Brennstoff in Richtung des im Brennraum 5 erzeugten Luftwirbels ein­ spritzt.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, umfaßt die Zapfen-Einspritzdüse 7 einen Düsenkörper 10, in welchem ein Brennstoffeinlaß 9, eine Bohrung 11, ein Federraum 12, eine Ventilnadel 16 in einer Führungsbohrung 13, eine Brennstoff-Druckkammer 14 und eine Spritz- oder Sprühbohrung 8 koaxial und in dieser Reihenfolge ausgehend vom oberen Ende in Fig. 2 zum unteren Ende hin ausgebildet sind und miteinander in Verbindung stehen. Die Sprühbohrung 8 mündet in den Brennraum 5, während der Brennstoffeinlaß 9 an eine nicht gezeigte Einspritzpumpe angeschlossen ist. Der Düsenkörper 10 weist weiterhin einen Brennstoffzuführkanal 15 auf, durch den der Brennstoffeinlaß 9 und die Brennstoff-Druckkammer 14 (und damit die Sprühbohrung 8) direkt miteinander in Verbindung stehen. In dem hohlen Abschnitt zwischen der Bohrung 11 und der Sprühbohrung 8 ist gleitend verschiebbar die Ventilnadel 16 durch die Führungsbohrung 13 flüssigkeitsdicht geführt und gehalten. Die Ventilnadel 16 weist einen Kolbenabschnitt 16a auf, der in dem einspritzseitigen Endteil der Bohrung 11 geführt ist, einen Federteller 16b innerhalb des Federraums 12, einen Druckteil 16c, der durch den Brennstoffdruck in der Druckkammer 14 beaufschlagt ist, einen Ventilsitz 16d zum Öffnen und Schließen der Sprühbohrung 8 und einen Drossel­ zapfen 16e, der in die Sprühbohrung 8 mit einem vorbestimmten Abstand von deren Wandfläche ragt, auf. In dem Federraum 12 ist eine Schließfeder 17 angeordnet, die die Ventilnadel 16 in Richtung auf den Schließzustand der Ventilnadel beaufschlagt. Wenn unter Druck stehender Brennstoff von der Einspritzpumpe in die Druckkammer 14 über den Brenn­ stoffeinlaß 9 und den Brennstoffzuführkanal 15 zugeführt wird, wird die Ventilnadel 16 angehoben und überwindet dabei die Kraft der Schließfeder 17 aufgrund des Druckes, der am Druckteil 16c der Ventilnadel anliegt, so daß unter Druck stehender Brennstoff in den Brennraum 5 durch die Sprühbohrung 8 eingesprüht wird. Bei zunehmendem Hub der Ventilnadel 16 verändert sich der Durchtrittsquerschnitt der Sprühbohrung 8 - oder die effektive Sprühfläche -, wie das aus dem unteren Teil der Fig. 4 hervorgeht. Demzufolge bleibt bei geringeren Hüben der Ventilnadel 16 und vor dem Austreten des Drossel­ zapfens 16e aus der Sprühbohrung 8 die effektive Sprühfläche weitgehend konstant (nachfolgend als "Drosselbereich" bezeichnet), während nach dem Austreten des Drosselzapfens 16e aus der Sprühbohrung 8 die effektive Sprühfläche proportional zum Hub der Ventilnadel 16 zunimmt (nachfolgend als "Proportionalbereich" bezeichnet). Dieser erstreckt sich soweit, bis der Hub der Ventilnadel 16 ein Maximum erreicht.

In dem hinteren, der Einspritzseite abgewandten Teil der Bohrung 11 ist ein Kolben 18 aufgenommen, der eine begrenzte Verschiebebewegung ausführen kann und mit einer Nut 18a in seiner Umfangsfläche einen Vorsprung 11a an der Wandfläche der Bohrung 11 übergreift. Der Kolben 18 ist somit verschiebbar hinter der Ventilnadel 16 und koaxial zu dieser angeordnet, wobei das vordere, einspritzseitige Ende des Kolbens 18 dem Kolbenabschnitt 16a, d. h. dem hinteren Ende der Ventilnadel 16, gegenüberliegt. Die hintere, der Einspritzseite abgewandte Stirnfläche des Kolbens 18 steht unter dem Brennstoffdruck, der am Brennstoffeinlaß 9 anliegt.

In der Bohrung 11 münden Ableitbohrungen 19 und 20 in einem Bereich eines zwischen dem hinteren Ende der Ventilnadel 16 und dem Kolben 18 ausgebildeten Steuerraums 11′ an Stellen, die in axialer Richtung der Bohrung 11 einen vorbestimmten Abstand voneinander aufweisen. Durch die Ableitbohrungen 19 und 20 sowie die daran angeschlossenen Leitungen kann Leck-Brennstoff, der aus der Druckkammer 14 durch den feinen Ringspalt zwischen der Ventilnadel 16 und der die Führungsbohrung 13 bildenden Wandung in den Federraum 12 und die Bohrung 11 eintritt, abgeleitet und zu dem nicht gezeigten Brenn­ stoffreservoir zurückgeführt werden. Die erste Ableitbohrung 19 ist so angeordnet, daß sie durch den Kolben­ abschnitt 16a der Ventilnadel 16 verschlossen wird, solange der Hub der Ventilnadel 16 sich im Drosselbereich befindet, d. h. solange die Sprühfläche durch den Drossel­ zapfen 16c klein gehalten ist. Die zweite Ableitbohrung 20 ist dagegen so gelegt, daß sie selbst dann durch den Kolbenabschnitt 16a nicht verschlossen wird, wenn der Hub der Ventilnadel 16 sein Maximum erreicht. Sie steht mit dem Brennstoffreservoir über ein normalerweise geschlossenes, als Magnetventil ausgebildetes Schaltventil 21 in Verbindung, während die erste Ableitbohrung 19 damit direkt verbunden ist, Der Zweck des Magnetventils 21 wird nachfolgend noch näher erläutert. Es wird gesteuert durch eine Steuereinrichtung 26 geöffnet.

Die Steuereinrichtung 26 beinhaltet einen Betätigungs­ schaltkreis 25 zur Betätigung des Magnetventils 21 sowie einen Steuerkreis 24, an dem die Ausgangssignale eines Drehzahlfühlers 22 sowie eines Lastfühlers 23 anliegen und der den Betätigungsschaltkreis 25 in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors steuert. Das erfolgt in der Weise, daß bei niederer bis mittlerer Drehzahl und bei leichter bis mittlerer Last das Magnetventil 21 geschlossen gehalten wird, so daß der Leck-Brennstoff lediglich durch die erste Ableitbohrung 19 austreten kann. Bei höherer Drehzahl und hoher Last wird jedoch das Magnetventil 21 geöffnet, so daß Leck-Brennstoff durch beide Ableitbohrungen 19 und 20 freigegeben wird.

Wenn unter Druck stehender Brennstoff der Einspritzdüse 7 zugeführt wird, tritt dieser durch den Brennstoffeinlaß 9 und über den Brennstoffkanal 15 in die Druckkammer 14 ein und beaufschlagt den Druckteil 16c der Ventilnadel 16. Dadurch wird die Ventilnadel 16 gegen die Kraft der Schließfeder 17 angehoben, so daß der Brennstoff durch die Sprühbohrung 8 in den Brennraum 5 eingespritzt wird. Der Brennstoffdruck im Brennstoffeinlaß 9 beaufschlagt die hintere Stirnfläche des Kolbens 18 und verschiebt diesen in der Bohrung 11 in Richtung auf die Ventilnadel 16. Dieser auf den Kolben 18 wirkende Brennstoffdruck steuert den Hub der Ventilnadel 16. Zu diesem Zweck erhält der Steuerkreis 24, wie aus Fig. 3 hervorgeht, ein die Motordrehzahl repräsentierendes Drehzahlsignal von dem Drehzahlfühler 22 (Schritt S1) sowie ein die Motorlast repräsentierendes Lastsignal von dem Lastfühler 23 (Schritt S2) und bestimmt daraufhin, ob oder ob nicht der Betriebszustand des Motors sich in dem Bereich "hohe Drehzahl - hohe Last" (entsprechend der Zone B in Fig. 5) befindet (Schritt S3). Wird festgestellt, daß der Betriebszustand des Motors sich nicht in dem Bereich "hohe Drehzahl - hohe Last" befindet oder - mit anderen Worten - ergibt sich, daß der Betriebszustand des Motors im Bereich unterer bis mittlerer Drehzahl und leichter bis mittlerer Last liegt (entsprechend der Zone A in Fig. 5) so wird das Magnetventil 21 geschlossen gehalten und dementsprechend die Ventilnadel 16 durch den Brennstoffdruck, der auf den Druckteil 16c wirkt und nur zur Überwindung der Federkraft der Schließfeder 17 in der Lage ist, angehoben. Dabei wird Leck-Brennstoff in dem Steuerraum 11′ durch die erste Ableitbohrung 19 abgeleitet, bis die Ventilnadel 16 soweit angehoben ist, daß ihr Kolbenabschnitt 16a diese erste Ableitbohrung 19 verschließt. Ist diese verschlossen, so ist der Leckbrennstoff in dem Steuerraum 11′ zwischen dem Kolben­ abschnitt 16a und dem Kolben 18 eingeschlossen, so daß der auf die hintere Stirnfläche des Kolbens 18 wirkende Brennstoffdruck auf die Ventilnadel 16 übertragen wird und einem weiteren Hub der Ventilnadel 16 Widerstand leistet, d. h. der Öffnungsdruck der Ventilnadel 16 wird erhöht. Dieser Effekt wird erreicht, während sich noch der Hub der Ventilnadel 16 im Drosselbereich bewegt, wie das ausgezogen in dem oberen Abschnitt der Fig. 4 dargestellt ist, da voraussetzungsgemäß die erste Ableitbohrung 19 so angeordnet ist, daß sie durch den Kolbenabschnitt 16a verschlossen wird, solange der Hub der Ventilnadel 16 den Drosselbereich noch nicht verlassen hat. Dadurch, daß der Hub der Ventilnadel 16 auf diese Weise auf den Drosselbereich begrenzt wird, wird der Zustand, bei dem Brennstoff aus der Sprühbohrung 8 mit hoher Geschwindigkeit ausgespritzt wird, über eine lange Zeit hinweg aufrecht erhalten, wodurch wiederum die Brennstoffzerstäubung begünstigt und die Verbrennung und die Schadstoffemission verbessert werden.

Wenn in dem Schritt S3 festgestellt wird, daß der Betriebszustand des Motors in dem Bereich "hohe Drehzahl - hohe Last" entsprechend der Zone B in Fig. 5 liegt, dann liefert der Steuerkreis 24 ein Betätigungssignal für das Magnetventil 21 (Schritt S4), durch welches dieses Magnetventil geöffnet wird. Steht das Magnetventil 21 offen, so wird die Ventilnadel 16 angehoben und schiebt dabei den Leckbrennstoff im Steuerraum 11′ der Bohrung 11 durch beide Ableitbohrungen 19 und 20 aus, bis der Kolbenabschnitt 16a die erste Ableitbohrung 19 verschließt. Anschließend wird beim weiteren Anheben der Ventilnadel 16 der Leckbrennstoff nur noch durch die zweite Ableitbohrung 20 ausgeschoben. Da die zweite Ableitbohrung 20 so liegt, daß sie selbst dann nicht verschlossen wird, wenn die Ventilnadel 16 ihren Maximalhub erreicht, kann die Ventilnadel 16 bis zu diesem Maximalhub ohne Widerstand durch den Kolben 18 angehoben werden (vgl. die gestrichelte Linie im oberen Teil der Fig. 4) wie in herkömmlichen Zapfen-Einspritzdüsen, wodurch eine hinreichende Brennstoffmenge in den Brennraum eingespritzt und die Motorleistung erhöht werden kann.

Fig. 6 zeigt einen Teil einer Brennstoffeinspritzeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform gleicht prinzipiell der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß die Steuerung des Magnetventils 21 dazu unterschiedlich ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Magnetventil 21 zur wahlweisen Öffnung und Schließung der zweiten Ableitbohrung 20 ausschließlich in Abhängigkeit von der Motorlast gesteuert. Dementsprechend ist das Magnetventil 21 mit einer Energiequelle 30 über eine als Lastschalter 31 ausgebildete Steuereinrichtung verbunden, die dann offensteht, wenn der Betriebszustand des Motors einem Bereich niederer Last entsprechend der Zone A in Fig. 8 entspricht, und der geschlossen ist, um hierdurch die zweite Ableitbohrung 20 zu öffnen, wenn der Betriebszustand des Motors dem Bereich "hohe Last" entsprechend der Zone B in Fig. 8 entspricht, z. B. wenn die Last 75% der Maximallast übersteigt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verändert sich bei zunehmendem Hub der Ventilnadel 16 auch der Durchtrittsquerschnitt der Sprühbohrung 8 bzw. die effektive Sprühfläche, wie sich das aus dem unteren Teil der Fig. 7 ergibt. Das Verhalten des Magnetventils 21 in Bezug auf das Öffnen und Schließen der zweiten Ableitbohrung 21 ist identisch zu dem der ersten Ausführungsform. Während jedoch bei der ersten Ausführungsform die zweite Ableitbohrung 20 so angeordnet ist, daß sie selbst dann nicht verschlossen wird, wenn die Ventilnadel 16 um ihren Maximalhub angehoben wird, liegt sie bei der zweiten Ausführungsform so, daß sie durch den Kolbenabschnitt 16a der Ventilnadel 16 versperrt wird, wenn sich der Hub der Ventilnadel 16 in dem Proportionalbereich bewegt, innerhalb dessen die effektive Sprühfläche proportional zur Hubhöhe vergrößert wird (siehe Fig. 7).

Wenn festgestellt wird, daß der Betriebszustand des Motors dem Bereich "niedere Last" entsprechend der Zone A in Fig. 8 entspricht, wird das Magnetventil 21 geschlossen gehalten, so daß dementsprechend die Ventilnadel 16 durch den Brennstoffdruck, der auf den Druckteil 16c wirkt und nur die Federkraft der Schließfeder 17 überwindet, angehoben wird. Dabei wird Leckbrennstoff im Steuerraum 11 durch die erste Ableitbohrung 19 ausgeschoben, bis die Ventilnadel 16 so weit angehoben ist, daß der Kolbenabschnitt 16a diese erste Ableitbohrung 19 versperrt. Nach dem Versperren der Ableit­ bohrung 19 ist der Leckbrennstoff in der Bohrung 11 zwischen dem Zylinderabschnitt 16a und dem Kolben 18 im Steuerraum 11′ eingeschlossen, so daß der auf die Rückseite des Kolbens 18 wirkende Brennstoffdruck auf die Ventilnadel 16 übertragen wird und dem weiteren Anheben der Ventilnadel 16 Widerstand leistet, wodurch der Öffnungsdruck der Ventilnadel erhöht wird. Dieser Effekt wird erzielt, während der Hub der Ventilnadel 16 sich im Drosselbereich befindet, wie das durch die ausgezogene Linie in dem oberen Teil der Fig. 7 gezeigt ist, weil die erste Ableitbohrung 19 voraussetzungsgemäß so gelegt ist, daß sie durch den Kolbenabschnitt 16a versperrt wird, sobald der Hub der Ventilnadel 16 im Drosselbereich liegt. Dadurch, daß auf diese Weise der Hub der Ventilnadel 16 auf den Drosselbereich begrenzt ist, wird der Zustand, bei dem der Brennstoff aus der Sprühbohrung 8 mit hoher Geschwindigkeit ausgespritzt wird, über eine längere Zeit hinweg aufrecht erhalten, wodurch die Brennstoffzerstäubung begünstigt und die Verbrennung sowie die Schadstoffemission verbessert werden.

Wird ein Betriebszustand ermittelt, der dem Bereich "hohe Last" entsprechend der Zone B in Fig. 8 entspricht, dann schließt der Lastschalter 31, so daß dadurch das Magnetventil 21 geöffnet wird. Im offenen Zustand des Magnetventils 21 wird die Ventilnadel 16 angehoben und schiebt den Leckbrennstoff im Steuerraum 11′ durch beide Ableitbohrungen 19 und 20 aus, bis der Kolbenabschnitt 16a die erste Ableitbohrung 19 versperrt. Anschließend wird beim weiteren Anheben der Ventilnadel 16 der Leckbrennstoff lediglich durch die zweite Ableitbohrung 20 ausgeschoben. Da diese so liegt, daß sie versperrt wird, wenn die Ventilnadel 16 bis zum Proportionalbereich zwischen dem Drosselbereich und dem Maximalhub angehoben wird, steigt im Proportionalbereich der Ventilöffnungsdruck, wie das durch die gestrichelte Linie im oberen Teil der Fig. 7 angegeben ist. Dadurch kann eine aus­ reichende Brennstoffmenge in den Brennraum eingespritzt und die Motorleistung bei hoher Last gesteigert werden.

Die Fig. 9 zeigt einen Teil einer erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzeinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform. Diese Ausführungsform gleicht wieder grundsätzlich der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme der Steuereinrichtung 25 für die Steuerung des Magnetventils 21. Hier wird das Magnetventil 21 zum wahlweisen Öffnen und Schließen der zweiten Ableitbohrung 20 in Abhängigkeit von der Motor-Kühltemperatur, der Außentemperatur und dem Außenluftdruck gesteuert. Dementsprechend steht das Magnetventil 21 normalerweise offen und ist mit einer Energiequelle 32 über einen Kühlwasser-Temperaturschalter 33, einen Außentemperaturschalter 34 und einen Atmosphären- Druckschalter 35 in Verbindung, die zwischen der Energiequelle 32 und dem Magnetventil 21 in Parallelschaltung liegen. Der Kühlwasser-Temperaturschalter 33 ist geschlossen, wenn die Kühlwassertemperatur des Motors nicht über beispielsweise 60°C liegt; der Außentemperaturschalter 34 ist geschlossen, wenn die Außentemperatur beispielsweise nicht mehr als 15°C beträgt, und der Atmosphären- oder Außenluftdruckschalter 35 ist geschlossen, wenn ein Außenluftdruck von beispielsweise nicht mehr als 0,88 bar herrscht. Sofern also diese angegebenen Temperatur- bzw. Druckbe­ dingungen herrschen, oder - mit anderen Worten - Druck und Temperatur der Ansaugluft niedrig sind, dann wird das Magnetventil 21 so angesteuert, daß es die zweite Ableitbohrung 20 verschließt.

Bei dieser dritten Ausführungsform weist der Dosselzapfen 16e der Ventilnadel 16 auch einen Zapfenabschnitt 16f mit einem größeren Durchmesser und einen Zapfenabschnitt 16g mit einem kleineren Durchmesser auf, wobei letzterer näher an der Nadelspitze liegt (vgl. Fig. 9). Wird daher der Hub der Ventilnadel 16 erhöht, dann ver­ ändert sich dadurch der Öffnungsquerschnitt der Sprüh­ bohrung 8 bzw. die effektive Sprühfläche, wie das im unteren Teil der Fig. 10 gezeigt ist. Das bedeutet, daß vor dem Austreten des Zapfenabschnittes 16f mit dem größeren Durchmesser aus der Sprühbohrung 8 der effektive Durchtrittsquerschnitt bzw. die Sprühfläche durch diesen größeren Zapfen­ abschnitt 16f definiert und folglich extrem klein ist. Die effektive Sprühfläche wird auf diesem extrem kleinen Wert (nachfolgend als "Drosselbereich erste Stufe" bezeichnet) gehalten, bis der Zapfenabschnitt 16f mit dem größeren Durchmesser aus der Sprühbohrung 8 zurückgezogen ist. Danach ist die effektive Sprühfläche durch den Zapfenabschnitt 16g mit dem kleineren Durchmesser definiert und dementsprechend etwas vergrößert (nach­ folgend als "Drosselbereich zweite Stufe" bezeichnet). Nach dem Austreten des Zapfenabschnittes 16f mit dem größeren Durchmesser aus der Sprühbohrung 8 und vor dem Austreten des Zapfenabschnittes g mit dem kleineren Durch­ messer daraus bleibt die effektive Sprühfläche auf dem etwas vergrößerten Wert konstant. Nach dem Austreten auch des Zapfenabschnittes 16g mit dem kleineren Durchmesser aus der Sprühbohrung 8 wird hingegen die effektive Sprühfläche proportional zum Hub der Ventilnadel 16 (nachfolgend als "Proportionalbereich" bezeichnet) vergrößert, bis anschließend der Hub der Ventilnadel 16 sein Maximum erreicht. Bei dieser dritten Ausführungsform ist die erste Ableitbohrung 19 so gelegt, daß sie durch den Kolbenabschnitt 16a versperrt wird, wenn der Hub der Ventilnadel 16 sich in dem Drosselbereich erste Stufe bewegt. Die zweite Ableitbohrung 20 liegt so, daß sie durch den Kolbenabschnitt 16a dann versperrt wird, wenn der Hub der Ventilnadel 16 im Drosselbereich zweite Stufe liegt.

Liegt die Kühlwasser-Temperatur nicht über 60°C, die Außen­ temperatur nicht höher als 15°C oder der Außendruck nicht über 0,88 bar, d. h., herrscht ein Zustand, bei dem der Motor weißen Rauch abgeben kann, dann wird einer der drei Schalter 33, 34 oder 35 geschlossen, so daß dadurch das Magnetventil 21 erregt und als Folge davon die zweite Ableitbohrung 20 versperrt wird. Ist die zweite Ableitbohrung versperrt, dann wird die Ventilnadel 16 durch den Brennstoffdruck, der auf den Druckteil 16c wirkt und lediglich die Federkraft der Schließfeder 17 überwindet, angehoben. Dabei wird Leckbrennstoff im Steuerraum 11′ durch die erste Ableitbohrung 20 ausgeschoben, bis die Ventilnadel 16 soweit angehoben ist, daß der Kolbenabschnitt 16a die erste Ableitbohrung 19 verschließt. Daraufhin ist der Leckbrennstoff im Steuerraum 11′ zwischen dem Kolbenabschnitt 16a und dem Kolben 18 eingeschlossen, so daß der auf die der Einspritzseite abgewandte Seite des Kolbens 18 wirkende Brennstoffdruck auf die Ventilnadel 16 übertragen wird und deren weiterem Anheben Widerstand leistet. Dadurch wird der Öffnungsdruck der Ventilnadel 16 erhöht. Dieser Effekt tritt ein, während der Hub der Ventilnadel 16 im Drosselbereich erste Stufe liegt, wie das durch die ausgezogene Linie im oberen Teil der Fig. 10 angedeutet ist, weil eben die erste Ableitbohrung 19 so gelegt ist, daß sie durch den Kolbenabschnitt 16a versperrt wird, wenn sich der Hub der Ventilnadel 16 in dem genannten Bereich befindet. Indem auf diese Weise der Hub der Ventilnadel 16 auf den Drosselbereich erste Stufe beschränkt ist, wird der Zustand, bei dem Brennstoff aus der Sprühbohrung 8 mit hoher Geschwindigkeit eingespritzt wird, für längere Zeit beibehalten, wodurch die Brennstoffzerstäubung begünstigt und dadurch die Verbrennung und die Schad­ stoffemission verbessert werden. Auf diese Weise kann der Ausstoß von unverbranntem Brennstoff oder weißem Rauch aufgrund des Auftretens von Kohlenwasserstoffen reduziert werden.

Liegt die Kühlwasser-Temperatur über 60°C, die Außentemperatur über 15°C und der Außenluftdruck über 0,88 bar, dann wird das Magnetventil 21 offengehalten. Dementsprechend wird die Ventilnadel 16 durch den Brennstoffdruck, der auf den Druckteil 16c wirkt und nur die Federkraft der Schließfeder 17 überwindet, angehoben und schiebt den Leckbrennstoff im Steuerraum 11 durch beide Ableitbohrungen 19 und 20 aus. Dies erfolgt solange, bis die Ventilnadel 16 soweit angehoben ist, daß der Kolbenabschnitt 16a die zweite Ableitbohrung 20 versperrt. Danach ist der Leckbrennstoff in dem Steuerraum 11 zwischen dem Kolbenabschnitt 16a und dem Kolben 18 eingeschlossen, wodurch der auf die Rückseite des Kolbens 18 wirkende Brennstoffdruck auf die Ventilnadel 16 übertragen wird und deren weiterem Anheben einen Widerstand entgegensetzt. Hierdurch wird der Öffnungsdruck der Ventilnadel erhöht. Dieser Effekt stellt sich ein, während der Hub der Ventilnadel 16 im Drosselbereich zweite Stufe liegt, wie das durch die gestrichelte Linie im oberen Teil der Fig. 10 angedeutet ist, da die zweite Ableitbohrung 20 gerade so gelegt ist, daß sie durch den Kolbenabschnitt 16a versperrt wird, sobald der Hub diesen Bereich erreicht. Indem auf diese Weise der Hub der Ventilnadel 16 auf den Drosselbereich zweite Stufe beschränkt ist, wird die Abgabe von weißem Rauch in üblicher Weise zugelassen.

Die Fig. 11 zeigt eine Zapfen-Einspritzdüse, die in einer vierten Ausführungsform der Erfindung Anwendung findet. Wie dargestellt, umfaßt diese Zapfen-Einspritzdüse 107 einen Düsenkörper 110, in welchem ein Brennstoffeinlaß 109, ein Druckkanal 127, eine Bohrung 111, ein Federraum 112, eine Ventilnadel-Führungsbohrung 113, eine Brennstoff- Druckkammer 114 und eine Spritz- oder Sprühbohrung 108 in dieser Reihenfolge, ausgehend vom, in Fig. 11 oberen, Ende koaxial ausgebildet bzw. angeordnet sind und miteinander in Verbindung stehen. Die Sprühbohrung 108 mündet in den Brennraum, während der Brennstoffeinlaß 109 mit einer nicht gezeigten Einspritzpumpe verbunden ist. Der Düsenkörper 110 weist weiterhin einen Brennstoffzuführkanal 115 auf, über den der Brennstoffeinlaß 109 und die Druckkammer 114 (und damit die Sprühbohrung 108) direkt miteinander verbunden sind. In dem hohlen Abschnitt zwischen der Bohrung 111 und der Sprühbohrung 108 ist eine Ventilnadel 116 gleitend verschiebbar angeordnet und durch die Führungsbohrung 113 flüssigkeitsdicht gehalten und geführt. Die Ventilnadel 116 weist einen Kolbenabschnitt 116a auf, der in das vordere Ende der Bohrung 111 hineinragt. Weiterhin besitzt sie einen Federteller 116b, der in dem Federraum 112 angeordnet ist, einen Druckteil 116c, der durch den Brennstoffdruck in der Druckkammer 114 beaufschlagt ist, eine Ventilfläche 116d, durch die das Öffnen und Schließen der Sprühbohrung 108 steuerbar ist, und einen Drosselzapfen 116e, der in die Sprühbohrung 108 einragt und von deren Wandfläche einen bestimmten Abstand aufweist. In dem Federraum 112 ist eine Schließfeder 117 angeordnet, durch die die Ventilnadel 116 in deren Schließrichtung beaufschlagt ist. Wenn Brennstoff unter Druck durch die Ein­ spritzpumpe in die Druckkammer 114 über den Einlaß 109 und den Brennstoffkanal 115 eingefördert wird, dann wird die Ventilnadel 116 geöffnet bzw. angehoben, wobei sie die Federkraft der Feder 117 aufgrund des an dem Druckteil 116c anliegenden Druckes überwindet. Hierdurch wird der unter Druck stehende Brennstoff durch die Sprüchbohrung 108 in den Brennraum eingespritzt. Mit zunehmendem Hub der Ventilnadel 116 verändert sich der Durchtrittsquer­ schnitt der Sprühbohrung 108 bzw. die effektive Sprühfläche, wie das im unteren Teil der Fig. 13 veranschaulicht ist. Demzufolge bleibt die effektive Sprühfläche (im Drosselbereich) bei geringen Hubhöhen der Ventilnadel 116, d. h. bevor der Drosselzapfen 116e aus der Sprühbohrung 108 austritt, weitgehend konstant. Sobald der Drosselzapfen 116e aus der Sprühbohrung 108 ausgetreten ist, vergrößert sich die effektive Sprühfläche proportional zum Hub der Ventilnadel 116 (im Proportionalbereich), bis der Hub der Ventilnadel 116 sein Maximum erreicht.

Im hinteren Abschnitt der Bohrung 111 ist ein Kolben 118 aufgenommen, der eine begrenzte Verschiebebewegung ausführen kann und mit einer Nut 118a in seiner Umfangsfläche einen Vorsprung 111a an der die Bohrung 111 definierenden Wandfläche übergreift. Demzufolge ist der Kolben 118 gleitend verschiebbar hinter der Ventilnadel 116 und koaxial mit dieser angeordnet wobei die vordere Stirnseite des Kolbens 118 unter Bildung eines Steuerraums 111′ dem Kolbenabschnitt 116a bzw. dem hinteren Ende der Ventilnadel 116 gegenüberliegt. Die hintere Stirnfläche des Kolbens 118 kann durch den Brennstoffdruck beaufschlagt werden, der im Brennstoffeinlaß 109 und in dem Druckkanal 127 herrscht.

In die Bohrung 111 münden im Bereich des Steuerraums 111′ zwischen dem hinteren Ende der Ventilnadel 116 und dem Kolben 118 an Stellen, die in axialer Richtung die Bohrung 111 einen bestimmten Abstand voneinander aufweisen, eine erste und eine zweite Ableitbohrung 119 bzw. 120. Durch diese Ableitbohrungen 119, 120 wird Leckbrennstoff, der aus der Druckkammer 114 durch den sehr feinen Ringspalt zwischen der Ventilnadel 116 und der die Führungsbohrung 113 definierenden Wandfläche in den Federraum 112 und den Steuerraum 111′ eindringt, zu dem nicht gezeigten Brennstoffreservoir abgeführt. Die erste Ableitbohrung 119 ist so angeordnet, daß sie durch den Kolbenabschnitt 116a versperrt wird, solange der Hub der Ventilnadel 116 im Drosselbereich liegt, in welchem die Sprühfläche durch den Drosselzapfen 116c beschränkt ist. Dagegen ist die zweite Ableitbohrung 120 so gelegt, daß sie durch den Kolbenabschnitt 116a erst dann versperrt wird, wenn der Hub der Ventilnadel 116 im Proportionalbereich liegt, in welchem sich die effektive Sprühfläche proportional zur Hubhöhe verändert.

In der mit der zweiten Ableitbohrung 120 verbundenen Leitung liegt ein als Magnetventil ausgebildetes Schaltventil 121, durch das die Ableitbohrung 120 wahlweise geöffnet und geschlossen werden kann. Eine Verbindungs-Entlastungsleitung 128 verbindet den mittleren Abschnitt des Druckkanals 127 hinter dem Kolben 118 mit der zweiten Ableitbohrung 120 stromab von dem Magnetventil 121. An der Verbindungsstelle zwischen dem Druckkanal 127 und der Verbindungsleitung 128 ist ein als Magnet- Drehventil ausgebildetes Mehrweg-Schaltventil 129 angeordnet, durch das wahlweise der Druckkanal 127 geöffnet und geschlossen werden kann. Bei geschlossenem Drehventil 129 ist der Druckkanal 127 abgesperrt und zugleich steht der zwischen Drehventil 129 und Kolben 118 liegende Teil der Bohrung 111 mit der Verbindungsleitung 128 in Verbindung. Dieser Teil der Bohrung 111 wird nachfolgend als Steuerraum 111′ bezeichnet. Steht das Drehventil 129 offen, so ist der Druckkanal 127 unversperrt, während die Verbindung zwischen dem Steuerraum 111′′ und der Verbindungsleitung 128 unterbrochen ist.

Eine Steuereinrichtung 126 zur Steuerung der Ventile 121 und 129 umfaßt einen Betätigungsschaltkreis 125 zur Betätigung der Ventile 121 und 129 sowie einen Steuerkreis 124, an welchem die Ausgangssignale eines Drehzahlfühlers 122 und eines Lastfühlers 123 des Motors anliegen und der den Betätigungsschaltkreis 125 in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors steuert. So ist bei niedriger Drehzahl und geringer Last das Magnetventil 121 geschlossen, während das Drehventil 129 offensteht, so daß Leckbrennstoff nur durch die erste Ableitbohrung 119 ausgeschoben wird. Dabei liegt an der hineren Stirnfläche des Kolbens 118 Brennstoffdruck an. Bei mittlerer Drehzahl und mittlerer Last stehen beide Ventile 121 und 129 offen, so daß Leckbrennstoff durch beide Ableitbohrungen 119 und 120 ausgeschoben wird. Auch hier liegt Brennstoffdruck an der hinteren Stirnfläche des Kolbens 118 an. Bei hoher Drehzahl und hoher Last steht das Magnetventil 121 offen, während das Drehventil 129 verschlossen ist, so daß Leckbrennstoff durch beide Ableitbohrungen 119 und 120 ausgeschoben wird, und dadurch jedoch der Kolben 118 nicht durch Brennstoffdruck beaufschlagt ist.

Wird der Einspritzdüse 107 Brennstoff unter Druck zugeführt, so tritt der Brennstoff über den Brennstoffeinlaß 109 und den Brennstoffzuführkanal 115 in die Druckkammer 114 ein, beaufschlagt den Druckteil 116c der Ventilnadel 116 und hebt diese gegen die Federkraft der Schließfeder 117 an, so daß der Brennstoff durch die Sprühbohrung 108 in den Brennraum eingespritzt wird.

Der Brennstoffdruck im Brennstoffeinlaß 109 wirkt auch auf die rückwärtige Stirnfläche des Kolbens 118 und verschiebt diesen in die Bohrung 111 in Richtung auf die Ventilnadel 116. Damit steuert der an dem Kolben 118 anliegende Brennstoffdruck den Hub der Ventilnadel 116 in folgender Weise: Wie sich aus Fig. 12 ergibt, liegen an dem Steuerkreis 124 ein Drehzahlsignal des Drehzahlfühlers 122 (Schritt S1) sowie ein Lastsignal des Lastfühlers 123 an (Schritt S2) und der Steuerkreis 124 stellt fest, ob oder ob nicht der Betriebszustand des Motors dem Bereich "niedere Drehzahl - niedere Last" entsprechend der Zone A in Fig. 14 entspricht (Schritt S3). Wird festgestellt, daß der Betriebszustand des Motors dem Bereich entsprechend der Zone A in Fig. 14 entspricht, dann wird das Magnetventil 121 geschlossen und das Drehventil 129 geöffnet (Schritt S4). Demzufolge wird die Ventilnadel 116 aufgrund des an dem Druckteil 116c anliegenden Brennstoffdruckes, durch den lediglich die Federkraft der Schließfeder 117 überwunden wird, angehoben, wodurch Leckbrennstoff in dem Zylinder 111 durch die erste Ableitbohrung 119 ausgeschoben wird. Dies erfolgt solange, bis der Hub der Ventilnadel 116 ein Ausmaß erreicht, durch das der Kolben­ abschnitt 116a die erste Ableitbohrung 119 versperrt. Danach ist der Leckbrennstoff in dem Steuerraum 111′ zwischen dem Kolbenabschnitt 116a und dem Kolben 118 eingeschlossen, so daß dadurch der im Steuerraum 111′′ an der Rückseite des Kolbens 118 anliegende Brennstoffdruck auf die Ventilnadel 116 übertragen wird und deren weiterem Anheben einen Widerstand entgegen­ setzt, d. h. der Öffnungsdruck der Ventilnadel 116 ist erhöht. Dieser Effekt stellt sich ein, solange sich der Hub der Ventilnadel 116 im Drosselbereich bewegt, wie das durch die ausgezogene Linie im oberen Teil der Fig. 13 angegeben ist, da voraussetzungsgemäß die erste Ableitbohrung 119 so liegt, daß sie durch den Kolbenabschnitt 116a verschlossen wird, wenn sich der Hub der Ventilnadel 116 in dem genannten Bereich befindet. Dadurch, daß auf diese Weise der Hub der Ventilnadel 116 auf den Drosselbereich beschränkt ist, wird der Zustand, bei dem der Brennstoff aus der Sprühbohrung 108 mit hoher Geschwindigkeit ausgespritzt wird, für eine lange Zeit aufrecht erhalten. Hierdurch wird die Zerstäubung des Brennstoffes begünstigt und damit die Verbrennung und die Schadstoffemission verbessert.

Wird durch den Steuerkreis 124 in dem Schritt 3 festgestellt, daß der Betriebszustand nicht dem Bereich "niedere Drehzahl - niedere Last" entsprechend der Zone A in Fig. 14 entspricht, dann wird ermittelt, ob oder ob nicht der Betriebszustand des Motors dem Bereich "mittlere Drehzahl - mittlere Last" entsprechend der Zone B in Fig. 14 entspricht (Schritt S5). Ist das der Fall, dann werden beide Ventile 121 und 129 geöffnet (Schritt S6). In diesem Fall wird beim Anheben der Ventilnadel 116 der Leckbrennstoff im Steuerraum 111′ durch beide Ableitbohrungen 119, 120 ausgeschoben, bis der Kolbenabschnitt 116a die erste Ableitbohrung 119 versperrt, so daß anschließend beim weiteren Anheben der Ventilnadel 116 der Leckbrennstoff nur noch durch die zweite Ableitbohrung 120 austritt. Da die zweite Ableitbohrung 120 so liegt, daß sie verschlossen wird, wenn die Ventilnadel 116 bei ihrem Hub im Proportionalbereich zwischen dem Drosselbereich und dem Maximalhub liegt, wird deren Öffnungsdruck durch den am Kolben 118 anliegenden Brennstoffdruck im Proportionalbereich erhöht, wie das durch die gestrichelte Linie im oberen Teil der Fig. 13 veranschaulicht ist. Hierdurch kann eine ausreichende Menge an Brennstoff in den Brennraum eingespritzt werden, so daß die Motor­ leistung und das Motordrehmoment erhöht werden.

Stellt der Steuerkreis 124 im Schritt S5 fest, daß der Betriebszustand des Motors nicht dem Bereich "mittlere Drehzahl - mittlere Last" entspricht, was bedeutet, daß im Bereich "hohe Drehzahl - hohe Last" entsprechend der Zone C in Fig. 14 gefahren wird, dann wird das Magnetventil 121 geöffnet und das Drehventil 129 geschlossen (Schritt S7). Da in diesem Fall kein Brennstoffdruck an dem Kolben 118 anliegt, wird die Ventilnadel 116 ohne Widerstand durch den Kolben 118 bis zum Maximalhub verschoben, wie das durch die strichpunktierte Linie im oberen Teil der Fig. 13 veranschaulicht ist und her­ kömmlichen Zapfen-Einspritzdüsen entspricht. Hierdurch wird eine hinreichende Brennstoffmenge in den Brennraum eingespritzt und dadurch die Motorleistung erhöht.

Die Fig. 15 und 16 zeigen einen Teil der Einspritzdüse und die Steuereinrichtung, die bei einer fünften Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Einspritzeinrichtung Anwendung finden. Diese gleicht grundsätzlich der vierten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß sich die Steuerung der Ventile 121 und 129 von derjenigen der vierten Ausführungsform unterscheidet. Hierbei werden nämlich das Magnetventil 121 und das Drehventil 129 in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur T, der Außentemperatur t und dem Außenluftdruck P zusätzlich zur Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorlast gesteuert. Dementsprechend liegen an dem Steuerkreis 124 der Steuereinrichtung 126 bei der hier beschriebenen Ausführungsform Ausgangssignale eines Kühlwasser-Temperaturfühlers 130, eines Außen­ temperaturfühlers 131 und eines Außenluftdruckfühlers 132 zusätzlich zu den Ausgangssignalen des Drehzahlfühlers 122 und des Lastfühlers 123 an, wie sich das aus Fig. 16 ergibt.

Weiterhin weist bei dieser Ausführungsform der Drosselzapfen 116e der Ventilnadel 116 einen Zapfenabschnitt 116f mit größerem Durchmesser und einen Zapfenabschnitt 116g mit kleinerem Durchmesser auf, der näher an der Nadelspitze als der Zapfenabschnitt mit größerem Durchmesser liegt. Aus diesem Grund verhält sich die Durchtrittsquerschnittsfläche der Sprühbohrung 108 bzw. die effektive Sprühfläche bei zunehmendem Hub der Ventilnadel 116 so, wie sich das aus dem unteren Teil der Fig. 18 ergibt. D. h., solange der Zapfenabschnitt 116f nicht aus der Sprühfläche durch diesen Zapfenabschnitt bestimmt und ist somit extrem klein. Dabei wird die effektive Sprühfläche auf diesem extrem kleinen Wert (der nachfolgend als "Drosselabschnitt erste Stufe" bezeichnet wird) solange gehalten, bis der Zapfenabschnitt 116f mit dem größeren Durchmesser ganz aus der Sprühbohrung 108 ausgetreten ist. Daraufhin ist die effektive Sprühfläche durch den Zapfenabschnitt 116g mit dem kleineren Durchmesser definiert, d. h., sie wird etwas erweitert (nachfolgend als "Drosselbereich zweite Stufe" bezeichnet). In der Zeit, in der der Zapfenabschnitt 116f mit dem größeren Durchmesser aus der Sprühbohrung 108 zurückgezogen ist, bevor jedoch noch der Zapfenabschnitt 116g mit dem kleineren Durchmesser daraus ausgetreten ist, wird die effektive Sprühfläche auf dem etwas erweiterten Wert konstant gehalten. Hat schließlich auch der Zapfenabschnitt 116g mit dem kleineren Durchmesser die Sprühbohrung 108 verlassen, so vergrößert sich die effektive Sprühfläche proportional zum Hub der Ventilnadel 116 (nachfolgend als "Proportionalbereich" bezeichnet) solange, bis der Nadelhub sein Maximum erreicht.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Ableitbohrung 119 so angeordnet, daß sie durch den Kolbenabschnitt 116a versperrt wird, wenn der Hub der Ventilnadel 116 im Drosselbereich erste Stufe liegt. Die zweite Ableitbohrung 120 liegt so, daß sie durch den Kolbenabschnitt 116a dann versperrt wird, wenn der Hub der Ventilnadel 116 dem Drosselbereich zweite Stufe entspricht.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des Steuerkreises 124 gemäß der fünften Ausführungsform in Verbindung mit Fig. 17 erläutert:

An dem Steuerkreis 124 liegen ein Drehzahlsignal von dem Drehzahlfühler 122 (Schritt S1) sowie ein Lastsignal des Lastfühlers 123 (Schritt S2) an, so daß jener in der Lage ist zu bestimmen, ob oder ob nicht der Betriebszustand des Motors dem Bereich "hohe Drehzahl - hohe Last" entsprechend der Zone C′ in Fig. 19 entspricht (Schritt S3). Wird fest­ gestellt, daß der Betriebszustand des Motors diesem Bereich (Zone C′ in Fig. 19) entspricht, dann wird das Magnetventil 121 geöffnet und das Drehventil 129 geschlossen (Schritt S4). In diesem Fall wird die Ventilnadel 116 ohne jegliche Be­ einflussung durch den Kolben 118 angehoben, wie das durch die strichpunktierte Linie im oberen Teil der Fig. 18 veranschaulicht ist und wie sich auch aus der vorstehenden Beschreibung in Zusammenhang mit der vierten Ausführungsform ergibt.

Wird festgestellt, daß der Betriebszustand nicht dem Bereich "hohe Drehzahl - hohe Last" entspricht, sondern in dem Bereich "niedere bis mittlere Drehzahl - niedere bis mittlere Last" entsprechend der Zone D in Fig. 19 liegt, dann liegt ein Kühlwasser-Temperatursignal des Kühlwasser-Temperaturfühlers 130 an dem Steuerkreis 124 an (Schritt S5) und es wird nun­ mehr überprüft, ob oder ob nicht die Kühlwassertemperatur T unter 60°C liegt (Schritt S6). Wird eine Kühlwassertemperatur T von nicht unter 60°C gemessen, dann wird wiederum ein Außentemperatur-Signal aus dem Außentemperatur­ fühler 131 abgefragt (Schritt S8) und wiederum ermittelt, ob oder ob nicht die Außentemperatur t unter 15°C liegt (Schritt S9). Wird eine Außentemperatur t von nicht unter 15°C gemessen, dann wird weiterhin ein Außenluft­ druck-Signal von dem Außenluftdruckfühler 132 abgefragt (Schritt S10). Daran schließt sich die Überprüfung an, ob oder ob nicht der Außenluftdruck T unter 0,88 bar liegt (Schritt S11). Wird ein Außenluftdruck T von über 0,88 bar in Schritt S11 gemessen, d. h. beträgt die Kühlwassertemperatur T mehr als 60°C, die Außentemperatur t mehr als 15°C und der Atmosphärendruck mehr als 0,88 bar, dann werden das Magnetventil 121 und das Drehventil 129 geöffnet. Dementsprechend wird die Ventilnadel 116 durch den Brenn­ stoffdruck, der am Druckteil 116c anliegt und nur die Federkraft der Schließfeder 117 überwindet, angehoben und der Leckbrennstoff in dem Steuerraum 111′ durch beide Ableit­ bohrungen 119 und 120 ausgeschoben. Dies erfolgt solange, bis die Ventilnadel 116 soweit angehoben ist, daß der Kolbenabschnitt 116a die zweite Ableitbohrung 120 versperrt. Daraufhin ist der Leckbrennstoff in dem Steuerraum 111′ zwischen dem Kolbenabschnitt 116a und dem Kolben 118 eingeschlossen, so daß nunmehr der auf die hintere Stirnfläche des Kolbens 118 im Steuerraum 111′′ wirkende Brennstoffdruck auf die Ventilnadel 116 übertragen wird und deren weiterem Anheben Widerstand leistet, mit anderen Worten, der Öffnungsdruck der Ventilnadel 116 wird erhöht. Dieser Effekt stellt sich ein, solange die Ventilnadel 116 im Drosselbereich zweite Stufe angehoben ist, wie das durch die gestrichelte Linie im oberen Teil der Fig. 18 veranschaulicht ist, nachdem voraus­ setzungsgemäß die zweite Ableitbohrung 120 so liegt, daß sie erst bei Erreichen dieses Bereiches durch den Kolben­ abschnitt 116a versperrt wird. Indem auf diese Weise der Hub der Ventilnadel 116 im Drosselbereich zweite Stufe begrenzt ist, erfolgt die Aufgabe von weißem Rauch in der üblichen Weise.

Wird festgestellt, daß die Kühlwassertemperatur T nicht über 60°C liegt (Schritt S6) oder die Außentemperatur t unter 15°C beträgt oder ein Außenluftdruck P von unter 0,88 bar herrscht, d. h. ein Zustand vorliegt, in welchem der Motor weißen Rauch auspufft, dann wird im Schritt S7 das Magnetventil 121 geschlossen und das Drehventil 129 geöffnet. In diesem Fall wird die Ventilnadel 116 durch den an dem Druckteil 116c anliegenden Brennstoffdruck, der wiederum nur die Federkraft der Schließfeder 117 überwinden kann, ange­ hoben und Leckbrennstoff im Steuerraum 111′ durch die erste Ableitbohrung 119 solange ausgeschoben, bis durch das Anheben der Ventilnadel 116 der Kolbenabschnitt 116a die erste Ableitbohrung 119 versperrt. Danach ist der Leckbrennstoff in dem Steuerraum 111′ zwischen dem Kolbenabschnitt 116a und dem Kolben 118 eingeschlossen, so daß der auf die Rückseite des Kolbens 118 wirkende Brennstoffdruck auf die Ventilnadel 116 übertragen wird und deren Anheben einen Widerstand entgegensetzt. D. h., der Öffnungsdruck der Ventilnadel 116 ist erhöht. Dieser Effekt tritt ein, während die Ventilnadel 116 im Drosselbereich erste Stufe angehoben ist, wie das durch die durchgezogene Linie im oberen Teil der Fig. 18 veran­ schaulicht ist, da voraussetzungsgemäß die erste Ableit­ bohrung 119 so liegt, daß sie durch den Kolbenabschnitt 116a bei einer Bewegung der Ventilnadel 116 in dem genannten Bereich verschlossen wird. Indem der Hub der Ventilnadel 116 auf diese Weise auf den Drosselbereich erste Stufe begrenzt ist, wird der Zustand, bei dem Brennstoff aus der Sprühbohrung 108 mit hoher Geschwindigkeit ausgespritzt wird, für lange Zeit beibehalten. Dadurch wird die Brennstoffzerstäubung begünstigt und als Folge davon die Verbrennung und die Schadstoffemission verbessert. Zusätzlich wird auch die Emission von unverbranntem Brennstoff oder weißem Rauch aufgrund des Auftretens von unverbrannten Kohlenwasserstoffen reduziert.

Claims (6)

1. Brennstoffeinspritzeinrichtung für eine Diesel-Brennkraft­ maschine, mit einer Drosselzapfen-Einspritzdüse und einer Vorrichtung zur Zuführung von Brennstoff unter Einspritzdruck zu dieser Einspritzdüse, die mit einer in ihrem Düsenkörper ausgebildeten Bohrung geführten, durch den Brennstoffeinspritzdruck gegen Federkraft von ihrem Sitz abhebbaren und axial gleitend zwischen einer Schließ- und einer Maximalhubstellung verschiebbaren und hierbei eine Spritzlochverbindung zum Brennraum der Brennkraftmaschine steuernden Ventilnadel versehen ist, wobei eine Steuerung des Brennstoffdurchtritts-Querschnitts im Spritzlochbereich durch den mit diesem zusammenwirkenden, am einspritzseitigen Ende der Ventilnadel angeordneten Drosselzapfen erfolgt, und mit einem Kolben, der koaxial zur Ventilnadel verschiebbar in einer Bohrung angeordnet ist, welche von einem die Schließfeder für die Ventilnadel aufnehmenden Federraum abgeht und an einen zur Ventilnadel führenden Brennstoffzuführkanal im Düsenhalter angeschlossen ist, und der weiterhin, an seinem der Ventilnadel abgewandten Ende vom jeweiligen Brennstoff­ einspritzdruck beaufschlagt, mit seinem der Ventilnadel zuge­ wandten Ende derart auf diese einwirkt, daß sich je nach Höhe des Einspritzdruckes ein unterschiedlicher Hub für die Ventilnadel und damit ein unterschiedlicher Brenn­ stoffdurchstritts-Querschnitt im Spritzlochbereich einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Ventilnadel (16, 116) zuzurechnender Kolben­ abschnitt (16a 116a) in das federraumseitige Ende der Bohrung (11, 111) für den axial begrenzt beweglichen Kolben (18, 118) eintaucht, wobei durch die einander gegenüberliegenden Endflächen des Kolbenabschnitts (16a, 116a) und des Kolbens (18, 118) innerhalb der Bohrung (11, 111) ein vom Federraum (12, 112) aus mit Leckbrennstoff versorgter Steuerraum (11′, 111′) begrenzt ist, von dem axial versetzt mehrere Ableitbohrungen (19, 20; 119, 120) für den Leckbrennstoff abgehen, die durch den Kolbenabschnitt (16a, 116a) und/oder ein in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brenn­ kraftmaschine und ggf. zusätzlichen Meßdaten, wie beispielsweise Außenluftdruck und Außentemperatur, mit Hilfe einer Steuereinrichtung (25, 31, 26, 126) betätigbares Schaltventil (21, 121) derart steuerbar sind, daß sich je nach Abfluß­ möglichkeit für den Leckbrennstoff über die Ableitbohrungen (19, 20; 119, 120) ein variables, den jeweils gewünschten Hub der Ventilnadel (16, 116) bestimmendes Leckbrennstoff­ volumen zwischen dem Kolben (18, 118) und dem Kolbenab­ schnitt (16a, 116a) einstellt.

2. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselzapfen (116e) der Ventilnadel (116) in seinem einspritzseitigen Endabschnitt (116g) auf einen kleineren Durchmesser abgesetzt ist und im Verlauf des Ventilnadel-Öffnungshubes mit dem Spritzloch (108) zunächst einen kleineren Brennstoffdurchtritts-Querschnitt in einem Drosselbereich erste Stufe sowie anschließend im Bereich des im Durchmesser abgesetzten Endabschnitts (116g) einen größeren Brennstoffdurchtritts-Querschnitt in einem Drosselbereich zweite Stufe bildet und daß eine erste und zweite Ableitbohrung (119, 120) so angeordnet sind, daß sie durch den Kolbenabschnitt (116a) der Ventilnadel (116) jeweils sperrbar sind, wenn der Hub der Ventilnadel (116) im Drossel­ bereich erste Stufe bzw. im Drosselbereich zweite Stufe liegt, wobei die Abflußmöglichkeit für den Leckbrennstoff über die zweite Ableitbohrung (120) zusätzlich durch Sperrung bzw. Öffnung desselben mit Hilfe des Schaltventils (21, 121) in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine einstellbar ist.

3. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Hubhöhe der Ventilnadel (116) auf den Drosselbereich erste Stufe einstellbar ist, wenn die Kühlwassertemperatur (T) der Brennkraftmaschine oder die Außentemperatur (t) unter einem vorbestimmten Wert liegt.

4. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Hubhöhe der Ventilnadel (116) auf den Drosselbereich erste Stufe einstellbar ist, wenn der Außenluftdruck (P) unter einem vorbestimmten Wert liegt.

5. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß der den Kolben (118) auf­ nehmenden Bohrung (111) an den Brennstoffzuführkanal (115) über ein zusätzlich von der Steuereinrichtung (126) steuerbares Mehrwege-Schaltventil (129) erfolgt, durch das ein zwischen dem Mehrwege-Schaltventil (129) und dem Kolben (118) gebildeter Steuerraum (111′′) wahlweise an den Brennstoffzuführkanal (115) oder an eine Entlastungsleitung (128) anschließbar ist.

6. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Betrieb der Brennkraf­ maschine mit hoher Drehzahl und hoher Last durch das zusätzliche Schaltventil (129) die Verbindung des Steuerraumes (111′′) mit dem Brennstoffzuführkanal (115) unterbrochen und zu der Entlastungsleitung (128) hin geöffnet ist.