DE3511328C2 - - Google Patents

Description

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

Bei einer bekannten Brennstoffeinspritzeinrichtung der vorstehend angegebenen Art (DE-OS 25 51 330) ist hinter der Ventilnadel koaxial verschiebbar ein Kolben mit einem Anschlagschaft für die Ventilnadel angeordnet, durch dessen Beaufschlagung mit einem vorbestimmten Druck im Teillastbereich der Nadelhub auf einen Vorhub begrenzt wird, so daß die Ventilnadel im Drosselbereich gehalten wird. Dadurch erfolgt eine Feinzerstäubung des ausgesprühten Brennstoffes, so daß eine Verbesserung des Kaltstarts der Brennkraftmaschine auch ohne Verwendung eines Prallstiftes erwartet wird. Bei Vollast wird das in Form eines Schiebers ausgebildete Steuerventil, welches die Druckbeaufschlagung des Kolbens in Nadelschließrichtung steuert, lastabhängig so verstellt, daß der Kolben zurückweichen kann und damit die Ventilnadel in Abhängigkeit von dem Brennstoffdruck selbst gesteuert ist. Dies hat den Vorteil, daß dadurch Schwankungen der Effektiv-Querschnittsfläche des Spritzlochs von Zylinder zu Zylinder, beispielsweise aufgrund von Rußablagerungen oder Toleranzabweichungen bei der Herstellung, ausgeglichen werden können. Von einer Vergrößerung des Nadelhubs beim Startvorgang der Brennkraftmaschine läßt sich der DE-OS 25 51 330 jedoch nichts entnehmen.

Es ist weiterhin auch schon eine andere Brennstoffeinspritzeinrichtung bekannt (GB-PS 5 54 446), die beim Startvorgang die Vorspannung der die Ventilnadel belastenden Ventilfeder geringer hält als beim Betrieb der Brennkraftmaschine mit hoher Last und/oder hoher Drehzahl, so daß die Ventilnadel für einen stärkeren Brennstoffstrahl weiter öffnen kann. Hierzu ist das die Druckbeaufschlagung eines auf die Schließfeder der Ventilnadel einwirkenden Kolbens steuernde Steuerventil so eingestellt, daß es unter dem während des Startvorganges auftretenden Druck des die Steuerflüssigkeit bildenden Brennstoffes die Druckbeaufschlagung des genannten Kolbens verhindert und dieser dadurch in seiner eine Verstärkung der Schließfederkraft unterbindenden Ausgangsstellung verharrt. Die Steuerung des Steuerventils wird hier somit in nachteiliger Weise lediglich in Abhängigkeit vom Brennstoffeinspritzdruck vorgenommen und nicht mit Hilfe von den Betrieb der Brennkraftmaschine bestimmenden Parametern gesteuert.

Schließlich ist auch bereits eine Brennstoffeinspritzeinrichtung bekannt, bei der der Ventilnadelhub durch einen auf das Ende der Ventilnadel wirkenden Anschlagstift begrenzt ist und dieser Anschlagstift durch mechanische oder elektromechanische Mittel in Abhängigkeit von Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine relativ zu der Ventilnadel axial verstellbar ist (GB-PS 13 99 757). Auch mit dieser bekannten Einspritzeinrichtung wird der Ventilnadelhub durch Verstellung des Anschlagstiftes in Abhängigkeit von Last und Drehzahl so gesteuert, daß bei niedriger Last und/oder Drehzahl ein Einspritzstrahl mit großem Winkel und feiner Zerstäubung, bei hoher Last und/oder Drehzahl hingegen mit kleinem Winkel und starker Eindringsfähigkeit in den Brennraum erzeugt wird. Von einer bestimmten Einstellung des Nadelhubs beim Starvorgang der Brennkraftmaschine läßt sich aber dieser Druckschrift nichts entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffeinspritzeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die neben einer guten Zerstäubung des Brennstoffs bei niedriger Last im wesentlichen ein gutes Startverhalten des Motors gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Einspritzeinrichtung ist somit derart ausgestaltet, daß die Ventilnadel unter dem Einfluß des von der Einspritzpumpe her anliegenden Brennstoffdruckes angehoben wird und hierdurch die effektive Sprühfläche mit zunehmendem Nadelhub vergrößert wird. Durch den Kolben zur Begrenzung des weiteren Nadelhubes wird erreicht, daß der Ventilnadelhub auf einen Vorhub vorbestimmten Ausmaßes bei niedriger Last und/oder niedriger Drehzahl begrenzt wird. Jedoch ist die das Steuerventil für die Beaufschlagung des Kolbens mit dem Brennstoffdruck vorgesehene Steuervorrichtung so ausgebildet, daß sie aufgrund von dieser zugeführten Last-, Drehzahl- bzw. Außentemperatursignalen entsprechender Fühler den Startzustand feststellt und zu diesem Zeitpunkt das Steuerventil oder weitere Steuerventile derart betätigt, daß unabhängig vom übrigen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine ein Anheben der Ventilnadel über den Vorhub hinaus, ggf. bis zum maximalen Ventilhub, erfolgt. Somit wird einerseits die Brennstoff- Einspritzmenge verringert und eine Feinzerstäubung des ausgespritzten Brennstoffes bei niedriger Last und/oder niedriger Drehzahl erreicht, solange der Ventilnadelhub auf den Vorhub begrenzt ist. Hierdurch wird die Kontrolle des Schadstoffausstoßes verbessert. Andererseits wird aber auch die Durchdrehdauer beim Anlassen der Brennkraftmaschine verkürzt, weil über den Vorhub hinaus ein Ventilhub zugelassen wird, der beim Startvorgang in Abhängigkeit von Umgebungs- und Betriebsparametern der Brennkraftmaschine eine Erhöhung der zugeführten Brennstoffmenge gewährleistet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzeinrichtung lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.

Soweit in der nachfolgenden Beschreibung der Begriff "Zapfen-Einspritzdüse" angewendet wird, ist dieser so umfassend zu verstehen, daß er auch Drosselzapfendüsen erfaßt, bei denen der Drosselbereich sich über einen relativ großen Teil des Ventilnadelhubes erstreckt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Teil-Querschnitt des Brennraumes eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung, bei dem eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzeinrichtung zur Anwendung kommt;

Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt einer in der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzeinrichtung eingesetzten Düse;

Fig. 3 ein Schaubild, aus dem die Beziehung zwischen dem Ventilnadelhub und der Sprühfläche bei der Einspritzeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform hervorgeht;

Fig. 4 ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen dem Betriebszustand des Motors und dem Lastverhältnis- Signal wiedergibt, welches an das Druck- Steuerventil gegeben wird;

Fig. 5 ein Schaubild, das die Steuerung des an den Kolben bei der ersten Ausführungsform anzulegenden Druckes wiedergibt;

Fig. 6 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Betriebsweise des Steuerkreises der ersten Ausführungsform;

Fig. 7 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Zapfen-Einspritzdüse entsprechend einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 8 ein Kennfeld, das die Betriebsbereiche des Motors wiedergibt, auf deren Basis die zweite Ausführungsform gesteuert wird;

Fig. 9 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Überfüll- Vorganges, der durch die Einspritzpumpe erfolgt;

Fig. 10 ein Schaubild, aus dem die von einer Düse mit Nadelhub-Sperrung beim Starten eingespritzte Brennstoffmenge im Vergleich zu derjenigen Brennstoffmenge hervorgeht, die von einer von diesem Düsentyp abweichenden Einspritzdüse eingespritzt wird, und

Fig. 11 eine Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Ventilnadelhub und dem Ventilöffnungsdruck sowie zwischen dem Ventilnadelhub und der Sprühfläche bei einer Zapfen-Einspritzdüse mit zentralem Kolben wiedergibt.

Die Fig. 1 zeigt den Brennraum eines Dieselmotors mit direkter Einspritzung und unter Anwendung einer erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzeinrichtung nach einer ersten Ausführungsform. In einem Zylinderblock 1 ist ein Zylinder 2 ausgebildet, und auf der Oberseite des Zylinderblockes 1 ist ein Zylinderkopf 3 befestigt. In dem Zylinder 2 ist hin- und hergehend ein Kolben 4 eingepaßt, der an seiner Oberseite eine Ausnehmung 4a zur Bildung des Brennraumes 5 besitzt. In dem Zylinderkopf sind nicht gezeigte Einlaß- und Auslaßöffnungen vorgesehen, die mit dem Brennraum 5 in Verbindung stehen. Die Einlaßöffnung ist dabei so geformt und angeordnet, daß im Brennraum 5 während des Ansaughubes ein Luftwirbel erzeugt wird. Zur Erleichterung des Kaltstartes ist eine Glühkerze 6 vorgesehen; außerdem ist im Zylinderkopf 3 eine Zapfen-Einspritzdüse 7 montiert. Diese ist so ausgerichtet, daß sie Brennstoff direkt in Richtung des im Brennraum 5 erzeugten Luftwirbels einspritzt.

Gemäß Fig. 2 weist die Zapfen-Einspritzdüse einen Düsenkörper 10 auf, in welchem hintereinander - gesehen vom in Fig. 2 oberen Ende aus - ein Zylinder 11, eine Federkammer 12, eine Ventilnadel-Führungsbohrung 13, eine Brennstoff-Druckkammer 14 und ein Spritzloch oder eine Sprühbohrung 8 koaxial und miteinander in Verbindung stehend ausgebildet sind. Die Sprühbohrung 8 mündet in dem Brennraum 5. Außerdem weist der Düsenkörper 10 einen Brennstoffkanal 15 auf, über den die Brennstoff-Druckkammer 14 (bzw. die Sprühbohrung 8) mit einem Brennstoffeinlaß 9 verbunden ist, der sich nach hinten am hinteren Ende des Düsenkörpers 10 öffnet und mit einer nicht gezeigten Einspritzpumpe in Verbindung steht. In den Hohlraum zwischen der Federkammer 12 und der Sprühbohrung 8 ist eine Ventilnadel 16 eingesetzt, die in der Führungsbohrung 13 gleitend verschiebbar, jedoch flüssigkeitsdicht geführt und gehalten ist. Die Ventilnadel 16 weist einen Abstützteil 16a für die Schließfeder 17 innerhalb der Federkammer 12, einen Druckteil 16b in der Druckkammer 14, der vom Brennstoffdruck beaufschlagt ist, einen Ventilsitz 16c zum Öffnen und Verschließen der Sprühbohrung 8 sowie einen Drosselabschnitt 16d auf, der in die Sprühbohrung 8 ragt und von deren Wandfläche einen vorbestimmten Abstand einhält. In der Federkammer 12 ist die Schließfeder 17 angeordnet, die die Ventilnadel 16 in deren Schließrichtung beaufschlagt. Tritt von der Einspritzpumpe geförderter Brennstoff in die Druckkammer 14 über den Brennstoffeinlaß 9 und den Brennstoffkanal 15 ein, so wird die Ventilnadel 16 durch die Druckbeaufschlagung des Druckteiles 16b angehoben, so daß die Kraft der Feder 17 dadurch überwunden wird und unter Druck stehender Brennstoff über die Sprühbohrung 8 in den Brennraum 5 eingespritzt wird. Mit zunehmendem Hub der Ventilnadel 16 verändert sich die Brennstoffdurchtrittsfläche im Bereich der Sprühbohrung 8 bzw. die effektive Sprühfläche, wie das in Fig. 3 angegeben ist. Demzufolge bleibt die effektive Sprühfläche im "Drosselbereich" weitgehend konstant, solange bei niedrigen Hüben der Ventilnadel 16 der Drosselabschnitt 16d die Sprühbohrung 8 nicht verläßt. Nach dem Austreten des Drosselabschnittes 16d aus der Sprühbohrung 8 steigt jedoch im "Proportionalbereich" die effektive Sprühfläche proportional zum Ventilnadelhub solange, bis der Nadelhub ein Maximum erreicht.

In Fig. 2 ist mit Bezugszeichen 19 eine Ableitung bezeichnet, durch die Leckbrennstoff, der aus der Druckkammer 14 durch den feinen Ringspalt zwischen der Ventilnadel 16 und der die Haltebohrung 13 definierenden Wandfläche in die Federkammer 12 eintritt, zu einem nicht gezeigten Brennstoffaufnahmebehälter hin abgeleitet wird.

Der hinter der Federkammer 12 angeordnete Zylinder 11 ist über eine Druckleitung 20 mit einer nicht gezeigten Druckquelle verbunden, deren Druckmedium ebenfalls Brennstoff ist und die außerhalb des Düsenkörpers 10 angeordnet ist. In dem Hohlraum, der sich von der Federkammer 12 zum Zylinder 11 hin erstreckt, ist ein Kolben 18 aufgenommen, der koaxial zu der Ventilnadel 16 eine begrenzte Verschiebebewegung ausführen kann. Der Kolben 18 weist einen Anschlagschaft 18a innerhalb der Federkammer 12 sowie einen Abschnitt 18b auf, der gleitend in den Zylinder 11 eingepaßt ist. Außerdem ist ein Bund 18c zwischen dem Anschlagschaft 18a und dem Abschnitt 18b ausgebildet. Der Kolben 18 ist zwischen einer obersten Stellung, in der der Bund 18c an der oberen (oder hinteren) Stirnwand der Federkammer 12 anschlägt, und einer untersten Stellung verschiebbar, in der der Bund 18c an einem Anschlag 27 anstößt, der in einem Mittelabschnitt der Federkammer 12 angeordnet ist. In der untersten Stellung des Kolbens 18 liegt dessen unteres Schaftende dem Abstützteil 16a, der das obere Ende der Ventilnadel 16 bildet, in einem vorbestimmten Abstand gegenüber. Nach dem Anheben der Ventilnadel 16 in eine Stellung, in der der Abstützteil 16a an dem Ende des Anschlagschaftes 18a anliegt, wird der weitere Hub der Ventilnadel 16 durch einen vorbestimmten Druck blockiert, der an dem oberen Ende des Kolbenabschnitts 18b anliegt.

Die Druckleitung 20 und die Ableitung 19 sind außerhalb des Düsenkörpers 10 über eine Verbindungsleitung 28 miteinander verbunden. An der Verbindungsstelle zwischen der Druckleitung 20 und der Verbindungsleitung 28 ist ein Druck-Steuerventil 21 in Form eines Lastventils angeordnet, um den Druck in der Druckleitung 20 zu verringern. Das Druck-Steuerventil 21 wird durch eine Steuervorrichtung 29 in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors gesteuert. Die Steuervorrichtung 29 beinhaltet einen Steuerkreis 25, an dem Ausgangssignale eines Drehzahlfühlers 22 zur Abtastung der Motordrehzahl, eines Lastfühlers 23 zur Ermittlung der Motorlast und eines Temperaturfühlers 24 zur Ermittlung der Umgebungstemperatur anliegen. Er steuert eine Antriebsschaltung 26, durch die die Lastspule des Druck-Steuerventils 21 betätigt wird.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, liefert die Steuervorrichtung 29 bei einem Betrieb des Motors mit niedriger Last und niedriger Drehzahl ein Signal "niedriges Lastverhältnis" an das Druck-Steuerventil 21, um den an dem Kolben 18 anliegenden Brennstoffdruck zu erhöhen. Hingegen erhält das Druck-Steuerventil 21 ein Signal "hohes Lastverhältnis", um hierdurch den an dem Kolben 18 anliegenden Brennstoffdruck zu verringern, sobald der Motor bei schwerer Last nahe Vollast und bei hoher Drehzahl betrieben wird. Somit reduziert die Steuervorrichtung 29 den an dem Kolben 18 anliegenden Brennstoffdruck, wenn mindestens einer der Parameter Motorlast und Motordrehzahl zunimmt.

Wie sich aus Fig. 5 ergibt, vollzieht die Steuervorrichtung 29 darüber hinaus eine Startdauer-Korrektur nach dem Anlassen des Motors. Während normalerweise der an dem Kolben 18 anliegende Druck in Abhängigkeit von der Motordrehzahl entsprechend der Grundsteuerung gemäß der ausgezogenen Linie in Fig. 5 und basierend auf der in Fig. 4 gezeigten Beziehung gesteuert wird, wird beim Anlassen des Motors der im Zylinder 11 herrschende Druck dadurch weggenommen, daß die Druckleitung 20 weitgehend mit der Ableitung 19 verbunden wird, so daß auch der an dem Kolben 18 anliegende Druck wesentlich absinkt. Hierdurch wird die Sperrung des Nadelhubes durch den Kolben 18 aufgehoben und dadurch die spezifische Brennstoff-Einspritzmenge erhöht (In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist festgelegt, daß ein Motorstart dann vorliegt, wenn die Motordrehzahl niedriger als ein vorbestimmter Wert, z. B. 600 U/min, ist, wobei der voreingestellte Drehzahlwert niedriger als die Leerlaufdrehzahl, z. B. 750 U/min, liegt). Sobald die Motordrehzahl von 600 U/min auf 750 U/min ansteigt, wird der an dem Kolben 18 anliegende Druck wieder allmählich erhöht, um hierdurch die spezifische Brennstoff-Einspritzmenge zu verringern.

Der Druckleitung 20 kann von der Einspritzpumpe zugeführter Brennstoff dadurch zugeführt werden, daß für den Einlaß 9 bestimmter Brennstoff abgezweigt wird oder ein durch eine von der Einspritzpumpe getrennte Druckquelle erzeugter Druck angelegt wird. In ersterem Fall ist vorzugsweise zwischen der Druckleitung 20 und dem Brennstoffeinlaß 9 ein Rückschlagventil eingeschaltet, um eine Rückwirkung des in der Druckleitung 20 herrschenden Druckes auf den Brennstoffeinlaß zu vermeiden.

Wenn der Einspritzdüse 7 Brennstoff unter Druck zugeführt wird, gelangt dieser über den Einlaß 9 und den Brennstoffkanal 15 in die Druckkammer 14 und verschiebt durch Einwirkung auf den Druckteil 16b der Ventilnadel 16 diese gegen die Kraft der Feder 17 nach oben. Hierdurch wird Brennstoff in den Brennraum 5 durch die Sprühbohrung 8 eingespritzt. Sobald der Abstützteil 16a der Ventilnadel 16 an dem Ende des Anschlagschaftes 18a anschlägt, wird die Ventilnadel 16 zusammen mit dem Kolben 18 angehoben. Der an dem Zylinder 11 über die Druckleitung 20 von der Druckquelle her anliegende Brennstoffdruck wirkt auf den oberen Kolbenabschnitt 18b und beaufschlagt den Kolben 18 nach unten in Richtung auf die Ventilnadel 16. Somit wird der weitere Hub der Ventilnadel 16 nach dem Anschlagen des Abstützteils 16a am Anschlagschaft 18a durch die Abstimmung des an dem Kolben 18 anliegenden Druckes gesteuert.

Die an der Ventilnadel 16 ausgeführte Steuerung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem Flußdiagramm gemäß Fig. 6 erläutert. Im Schritt S1 wird ein Umgebungstemperatur- Signal T des Temperaturfühlers 24 abgefragt, während im Schritt S2 ein Drehzahlsignal N des Drehzahlfühlers 22 abgefragt wird. Daraufhin wird bestimmt, ob oder ob nicht die Umgebungstemperatur T unter 5°C liegt (Schritt S3). Liegt die Temperatur T unter 5°C, dann schaltet die Steuervorrichtung 29 auf den Schritt S4 weiter, in welchem bestimmt wird, ob die Motordrehzahl N unter der Leerlaufdrehzahl (750 U/min) liegt. Liegt die Umgebungstemperatur T nicht unter 5°C (Schritt S3) oder dreht der Motor mit einer Drehzahl N von nicht unter der Leerlaufdrehzahl, was der Feststellung gleichkommt, daß der Motor nicht bei niedriger Temperatur angelassen wird, dann schaltet die Steuervorrichtung 29 zum Schritt S5 weiter. In dem Schritt S5 wird ein Lastsignal Pe des Lastfühlers 23 abgefragt und daraufhin im nächsten Schritt S6 ein Lastverhältnis-Signal in Abhängigkeit von dem Drehzahlsignal und dem Lastsignal aus einem Lastverhältnis-Kennfeld ermittelt, das von vornherein, basierend auf der grundsätzlichen Steuercharakteristik gemäß Fig. 5, eingespeichert ist. In dem Schritt S8 wird dann in Abhängigkeit von dem Lastverhältnis die Lastspule des Druck-Steuerventils 21 betätigt, so daß dadurch der an dem Kolben 18 anliegende Brennstoffdruck gesteuert wird.

Wird im Schritt S3 festgestellt, daß die Umgebungstemperatur T unter 5°C liegt und zugleich die Maschinendrehzahl N weniger als die Leerlaufdrehzahl beträgt (Schritt S4), was der Feststellung gleichkommt, daß der Motor bei niedriger Drehzahl angelassen wird, dann wird wiederum ein Start-Lastverhältnis aus dem Lastverhältnis-Kennfeld herausgelesen (Schritt S7), welches von vornherein gespeichert ist und auf einer Korrekturcharakteristik für die Anlaßdauer entsprechend Fig. 5 beruht. Daraufhin wird in Abhängigkeit von diesem Lastverhältnis für den Starvorgang die Lastspule des Druck-Steuerventils 21 im Schritt S8 betätigt. Nach dem Schritt S8 schaltet die Steuervorrichtung 29 wieder auf den Schritt S1 zurück und wiederholt die vorstehend genannte Schrittfolge von neuem.

Wenn somit der Betriebszustand des Motors dem Bereich niedrige Last/niedrige Drehzahl entspricht und der Motor nicht bei niedriger Temperatur angelassen wird, dann liefert die Steuervorrichtung 29 an das Druck-Steuerventil 21 ein Signal für niedere Last, so daß der an dem Kolben 18 anliegende Brennstoffdruck ansteigt und damit auch die dem Hub der Ventilnadel 16 entgegenwirkende Kraft zunimmt. Dieser Effekt stellt sich ein, während der Hub der Ventilnadel 16 noch in dem Drosselbereich liegt, in welchem der Drosselabschnitt 16d der Ventilnadel 16 den Querschnitt der Sprühbohrung 8 verengt. Indem auf diese Weise der Ventilnadelhub blockiert wird, solange er im Drosselbereich liegt, wird der Zustand, bei dem aus der Sprühbohrung 8 Brennstoff mit hoher Geschwindigkeit ausgesprüht wird, für eine lange Zeitdauer beibehalten, wodurch die Feinzerstäubung des Brennstoffes begünstigt, die Verbrennung verbessert und zu einer Reduzierung der Kohlenwasserstoff- Emission beigetragen wird. Liegt dagegen der Betriebszustand des Motors in dem Bereich hohe Last/ hohe Drehzahl, dann gibt die Steuervorrichtung 29 an das Druck-Steuerventil 21 ein Signal "hohes Lastverhältnis" ab, so daß dementsprechend der an dem Kolben 18 anliegende Brennstoffdruck verringert wird. Hierdurch wird auch die sich einem Hub der Ventilnadel 16 widersetzende Kraft verringert, so daß dementsprechend die Ventilnadel 16 glatt bis zum Proportionalbereich oder sogar bis zum Maximalhub angehoben wird, ohne eine Sperrung zu erfahren. In diesem Zustand ist der Drosselabschnitt 16d der Ventilnadel 16 voll aus der Sprühbohrung 8 herausgezogen, so daß eine hinreichende Brennstoffmenge dem Motor zugeführt wird, um hierdurch die Motorleistung zu erhöhen.

Wenn der Motor bei niedriger Temperatur gestartet wird, wird von der Steuervorrichtung 29 an das Druck-Steuerventil 21 ein Lastverhältnis-Signal gegeben, dessen Wert über demjenigen eines Lastverhältnis-Signales liegt, das der grundsätzlichen Steuercharakteristik entspricht. Damit wird der an dem Kolben 18 anliegende Druck um ein wesentliches Ausmaß verringert, so daß entsprechend die Einspritzmenge an Brennstoff vergrößert und die Durchdrehzeit des Motors beim Starten verkürzt wird. Sobald eine vollständige Verbrennung im Motor einsetzt und die Motordrehzahl sich auf die Leerlaufdrehzahl steigert, wird der an dem Kolben 18 anliegende Druck wieder erhöht und die Steuerung des Brennstoffdruckes wieder auf die Grundsteuerung umgeschaltet.

Die Fig. 7 zeigt eine Zapfen-Einspritzdüse gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Wie im einzelnen aus Fig. 7 hervorgeht, weist die Zapfen-Einspritzdüse 107 einen Düsenkörper 110 auf, in welchem - in dieser Reihenfolge vom in Fig. 7 oberen Ende her - ein Brennstoffeinlaß 109, ein Druckkanal 127, ein Zylinder 111, eine Federkammer 112, eine Ventilnadel-Führungsbohrung 113, eine Brennstoff-Druckkammer 114 und ein Brennstoff-Spritzloch oder eine Brennstoff-Sprühbohrung 108 koaxial angeordnet sind und miteinander in Verbindung stehen. Die Brennstoff-Sprühbohrung 108 mündet in den Brennraum, während der Brennstoffeinlaß 109 mit einer nicht gezeigten Einspritzpumpe verbunden ist. Der Düsenkörper 110 weist weiterhin einen Brennstoffkanal 115 auf, über den der Brennstoffeinlaß 109 und die Druckkammer 114 (und somit auch die Sprühbohrung 108) direkt miteinander in Verbindung stehen. In dem Hohlraum, der sich von dem Zylinder 111 bis zur Sprühbohrung 108 erstreckt, ist eine Ventilnadel 116 gleitend verschiebbar angeordnet, die in der Führungsbohrung 113 flüssigkeitsdicht geführt und gehalten ist. Die Ventilnadel 116 weist einen kolbenförmigen Endabschnitt 116a auf, der in den vorderen Endabschnitt des Zylinders 111 eingefügt ist, weiterhin einen Abstützteil 116b für die Schließfeder 117 in der Federkammer 112, einen Druckteil 116c, an dem Brennstoffdruck in der Druckkammer 114 anliegt, einen Ventilsitz 116d zum Öffnen und Verschließen der Sprühbohrung 108 und schließlich einen Drosselabschnitt 116e, der in einem vorbestimmten Abstand von der Wandung der Sprühbohrung 108 in diese hineinragt. In der Federkammer 112 ist die Ventil-Schließfeder 117 angeordnet, um die Ventilnadel 116 in deren Schließrichtung zu beaufschlagen. Wenn unter Druck stehender Brennstoff aus der Einspritzpumpe über den Einlaß 109 und den Brennstoffkanal 115 in die Druckkammer 114 eingeleitet wird, dann wird die Ventilnadel 116 unter Überwindung der Kraft der Feder 117 durch den an dem Druckteil 116c anliegenden Druck angehoben oder geöffnet, so daß dadurch unter Druck stehender Brennstoff durch die Sprühbohrung 108 in den Brennraum eingespritzt wird. Mit zunehmendem Ventilnadelhub verändert sich die Öffnungsfläche der Sprühbohrung 108 bzw. die effektive Sprühfläche in gleicher Weise wie das im Zusammenhang mit der Düse 7 der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist. Das bedeutet, daß bei geringeren Hubhöhen der Ventilnadel 116 vor dem Austreten des Drosselabschnitts 116e aus der Sprühbohrung 108 die effektive Sprühfläche im wesentlichen konstant gehalten wird (Drosselbereich), während nach dem Austreten des Drosselabschnitts 116e aus der Sprühbohrung 108 die effektive Sprühfläche proportional zum Ventilnadelhub zunimmt (Proportionalbereich), bis anschließend der Hub der Ventilnadel ein Maximum erreicht.

Im hinteren Abschnitt des Zylinders 111 ist gleitend verschiebbar ein Kolben 118 aufgenommen, in dessen Umfangsfläche eine Nut 118a ausgebildet ist, welche mit einem Vorsprung 111a der den Zylinder 111 definierenden Wandfläche im Eingriff steht. Der Kolben 118 ist koaxial gleitend verschiebbar hinter der Ventilnadel 116 angeordnet und liegt mit seinem vorderen Ende, einen Zylinderraum 111′ begrenzend, dem kolbenförmigen Endabschnitt 116a der Ventilnadel 116 gegenüber, während seine hintere, einen Zylinderraum 111′′ begrenzende Stirnfläche von dem Brennstoffdruck im Brennstoffeinlaß 109 über den Druckkanal 127 beaufschlagt ist.

In den Zylinder 111 müden im Bereich des Zylinderraums 111′ zwischen dem Endabschnitt 116a der Ventilnadel 116 und dem Kolben 118 an Stellen, die in axialer Richtung des Zylinders 111 einen vorbestimmten axialen Abstand voneinander aufweisen, erste und zweite Ableitungen 119 und 120. Durch die Ableitungen 119, 120 wird Leckbrennstoff, der aus der Druckkammer 114 durch den feinen Ringspalt zwischen der Ventilnadel 116 und der die Führungsbohrung 113 bildenden Wandfläche in den Zylinder 111 und die Federkammer 112 eindringt, zu einem nicht gezeigten Brennstoffaufnahmebehälter hin abgeleitet. Die erste Ableitung 119 liegt so, daß sie durch den Endabschnitt 116a der Ventilnadel 116 dann verschlossen wird, wenn der Ventilnadelhub sich im Drosselbereich bewegt, in welchem die Sprühfläche durch den Drosselabschnitt 116e verringert ist. Die zweite Ableitung 120 ist so angeordnet, daß sie durch den Endabschnitt 116a dann verschlossen wird, wenn sich der Ventilnadelhub im Proportionalbereich bewegt, in welchem die effektive Sprühfläche proportional zum Ventilnadelhub vergrößert ist. In der zweiten Ableitung 120 liegt ein als Magnetventil ausgebildetes Steuerventil 121 zur wahlweisen Öffnung und Schließung der Ableitung 120. Eine Verbindungsleitung 128 verbindet den mittleren Bereich des Druckkanals 127 hinter dem Kolben 118 mit der zweiten Ableitung 120 stromab von dem Magnetventil 121. Ein als Magnet-Drehventil ausgebildetes Mehrwege-Steuerventil 129 ist an der Verbindungsstelle zwischen dem Druckkanal 127 und der Verbindungsleitung 128 eingeschaltet, um den Druckkanal 127 wahlweise zu öffnen und zu schließen. Ist das Drehventil 129 geschlossen, so ist auch der Druckkanal 127 versperrt und der zwischen dem Drehventil 129 und dem Kolben 118 gelegene Zylinderraum 111′′ steht mit der Verbindungsleitung 128 in Verbindung. Steht das Drehventil 129 offen, dann ist auch der Druckkanal 127 geöffnet und die Verbindung zwischen dem Zylinderraum 111′′ und der Verbindungsleitung 128 ist unterbrochen.

Eine Steuervorrichtung 29′ zur Steuerung der Ventile 121 und 129 umfaßt eine Ventil-Betätigungsschaltung 26′ für die Ventile 121 und 129 sowie einen Steuerkreis 25′, an welchem Ausgangssignale eines Drehzahlfühlers 22 des Motors, eines Lastfühlers 23 des Motors und eines Temperaturfühlers 24 für die Umgebungstemperatur anliegen und welcher in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors die Ventil-Betätigungsschaltung 26′ steuert.

Wenn der Einspritzdüse 107 unter Druck stehender Brennstoff zugeführt wird, gelangt dieser über den Brennstoffeinlaß 109 und den Brennstoffkanal 115 in die Druckkammer 114 und stößt den Druckteil 116c der Ventilnadel 116 in Öffnungsrichtung gegen die Wirkung der Schließfeder 117, so daß Brennstoff durch die Sprühbohrung 108 in den Brennraum eingespritzt wird. Der im Brennstoffeinlaß 109 wirkende Brennstoffdruck beaufschlagt die rückwärtige Stirnfläche des Kolbens 118 in dem Zylinderraum 111′′ und drückt diesen in Richtung auf die Ventilnadel 116. Somit steuert der an dem Kolben 118 anliegende Brennstoffdruck den Hub der Ventilnadel 116.

Wird festgestellt, daß der Betriebsbereich des Motors bei niedriger Drehzahl und geringer Last entsprechend der Zone I in Fig. 8 liegt, dann wird das Magnetventil 121 geschlossen und das Drehventil 129 so eingestellt, daß der Zylinderraum 111′′ mit dem Druckkanal 127 verbunden ist. Dementsprechend wird die Ventilnadel 116 durch den an dem Druckteil 116c davon anliegenden Brennstoffdruck angehoben, wobei nur die Kraft der Schließfeder 117 zu überwinden ist und Leckbrennstoff im Zylinderraum 111′ durch die erste Ableitung 119 ausgeschoben wird. Dies erfolgt solange, bis die Ventilnadel 116 soweit angehoben ist, daß der kolbenförmige Endabschnitt 116a die erste Ableitung 119 versperrt. Danach wird der Leckbrennstoff in dem Zylinderraum 111′ zwischen dem Endabschnitt 116a und dem Kolben 118 eingeschlossen, so daß der auf die hintere Stirnfläche des Kolbens 118 wirkende Brennstoffdruck auf die Ventilnadel 116 übertragen wird und deren Hub widersteht. Das bedeutet, daß der Öffnungsdruck der Ventilnadel 116 erhöht wird. Dieser Effekt stellt sich ein, während der Ventilnadelhub sich im Drosselbereich bewegt, da die erste Ableitung 119 so gelegt ist, daß sie durch den Kolbenabschnitt 116a nur verschlossen wird, solange der Hub sich in diesem Bereich befindet. Indem auf diese Weise der Ventilnadelhub auf den Drosselbereich beschränkt wird, wird der Betriebszustand, bei dem der Brennstoff aus der Sprühbohrung 108 mit hoher Geschwindigkeit ausgespritzt wird, über eine längere Zeit hinweg aufrecht erhalten, was sich für die Feinzerstäubung und als Folge davon für die Verbesserung der Verbrennung und der Schadstoffemission als vorteilhaft erweist.

Wird festgestellt, daß der Betriebszustand des Motors einer mittleren Geschwindigkeit und mittlerer Last entsprechend der Zone II in Fig. 8 entspricht, dann werden sowohl das Magnetventil 121 als auch das Drehventil 129 geöffnet. In diesem Fall wird die Ventilnadel 116 angehoben und schiebt den Leckbrennstoff im Zylinderraum 111′ durch beide Ableitungen 119 und 120 aus, bis ihr Kolbenabschnitt 116 die erste Ableitung 119 versperrt. Anschließend wird die Ventilnadel 116 weiter angehoben und schiebt dabei den Leckbrennstoff nur noch durch die zweite Ableitung 120 aus. Da diese so gelegt ist, daß sie erst verschlossen wird, wenn die Ventilnadel 116 bis zum Proportionalbereich zwischen dem Drosselbereich und dem Maximalhub angehoben ist, wird der Ventilöffnungsdruck durch den am Kolben 118 anliegenden Brennstoffdruck in diesem Bereich erhöht. Dadurch kann eine ausreichende Brennstoffmenge in den Brennraum eingespritzt werden und die Motorleistung wird erhöht.

Wird festgestellt, daß der Betriebszustand des Motors hoher Drehzahl und hoher Last entsprechend der Zone III in Fig. 8 entspricht, dann wird das Magnetventil 121 geöffnet und das Drehventil 129 so eingestellt, daß der Zylinderraum 111′′ mit der Verbindungsleitung 128 und damit mit der zweiten Ableitung 120 verbunden ist. Da in diesem Fall an dem Kolben 118 kein Brennstoffdruck anliegt, wird die Ventilnadel 116 in der von herkömmlichen Zapfen-Einspritzdüsen her bekannten Weise bis zum Maximalhub angehoben, ohne Widerstand an dem Kolben 118 zu finden. Hierdurch kann eine ausreichende Brennstoffmenge in den Brennraum eingespritzt und die Motorleistung erhöht werden.

Die Startdauer-Korrektur erfolgt analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel in der Weise, daß das Drehventil 129 so eingestellt wird, daß der Zylinderraum 111′′ mit der Verbindungsleitung 128 und damit mit der zweiten Ableitung 120 verbunden ist. Ggf. kann zusätzlich auch das Magnetventil 121 geöffnet werden.

Obwohl in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Zylinder 111 direkt mit dem Brennstoffeinlaß 109 über den Druckkanal 127 in Verbindung steht, kann die Druckleitung zum Anlegen von Druck an den Kolben 118 auch getrennt von der Brennstoffzuführung angeordnet sein, wie das im ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist.

In den beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Startdauer-Korrektur nur durchgeführt, wenn festgestellt wird, daß der Motor bei niedriger Temperatur gestartet wird. Jedoch kann die Korrektur auch allein von der Motordrehzahl abhängig gemacht werden in der Weise, daß sie durchgeführt wird, wenn die Motordrehzahl unabhängig von der Umgebungstemperatur niedriger als eine vorgegebene Drehzahl ist. Auch kann die Startdauer-Korrektur dann erfolgen, wenn die sogenannte "Start-Überfüllung" auftritt.

Claims (3)

1. Brennstoffeinspritzeinrichtung für eine DIESEL-Brennkraftmaschine mit einer Brennstoff-Einspritzdüse (7, 107), insbesondere Drosselzapfendüse, deren Ventilnadel (16, 116), durch den von einer Einspritzpumpe erzeugten Brennstoffeinspritzdruck gegen Federkraft mit ihrem Ventilsitz von einer Düsensitzfläche abhebbar, eine Spritzlochverbindung zum Brennraum der Brennkraftmaschine steuert, wobei die effektive Brennstoffdurchtrittsfläche im Spritzlochbereich mit zunehmendem Ventilnadelhub vergrößerbar ist, und mit einer einen koaxial zur Ventilnadel (16, 116) angeordneten und von einer Druckquelle in Nadelschließrichtung beaufschlagten Kolben (18, 118) einbeziehenden Einrichtung (18, 19, 20, 21; 118, 119, 120, 129) zur Begrenzung des Hubes der Ventilnadel (16, 116) auf ein gewünschtes Maß mit Hilfe einer brennkraft­ maschinenparameterabhängig beaufschlagten Steuervorrichtung (29, 29′) für ein Brennstoff als Steuerflüssigkeit steuerndes Steuerventil (21; 121, 129) innerhalb der Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (29, 29′) aufgrund von dieser zugeführten Last-, Drehzahl- bzw. Außentemperatursignalen entsprechender Fühler (22, 23, 24) den Startzustand der Brennkraftmaschine erfaßt, so daß die Betätigung des einen oder weiterer Steuerventile (21; 121, 129) innerhalb der Einrichtung zur Begrenzung des Ventilnadelhubes derart erfolgt, daß unabhängig vom übrigen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine beim Startvorgang derselben ein Anheben der Ventilnadel (16, 116) über den Vorhub hinaus möglich ist.

2. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Spritzloch abgewandte Ende des koaxial zur Ventilnadel (16) angeordneten mit einem Anschlagschaft (18a) für die Ventilnadel (16) versehenen Kolbens (18) abgedichtet in einem Zylinder (11) geführt ist, der mit der Druckquelle über eine Druckleitung (20) verbunden ist, in der das Steuerventil (21) angeordnet ist, durch welches beim Startvorgang, durch die Steuervorrichtung (29) gesteuert, der Druck in dem Zylinder (11) absenkbar ist.

3. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Zylinder (111) zum einen die Ventilnadel (116) mit einem kolbenförmigen Endabschnitt (116a) und zum anderen mit Abstand zu diesem begrenzt axial verschiebbar außerdem der Kolben (118) der Nadelhubbegrenzungseinrichtung abdichtend geführt sind, und daß von den beiden Zylinderräumen (111′, 111′′) beiderseits des Kolbens (118) der außerdem vom Ventilnadelendabschnitt (116a) begrenzte Zylinderraum (111′) über wenigstens eine mit einem von der Steuervorrichtung (29′) gesteuerten Steuerventil (121) versehene Ableitung (120) mit einem Brennstoffaufnahmebehälter verbindbar ist und der andere Zylinderraum (111′′) durch ein gleichfalls von der Steuervorrichtung (29′) gesteuertes umschaltbares Mehrwege- Steuerventil (129) wahlweise an der Druckseite der Einspritzpumpe oder über eine Verbindungsleitung (128) an den Brennstoffaufnahmebehälter anschließbar ist, wobei für den Startvorgang der Brennkraftmaschine das Mehrwege-Steuerventil (129) und ggf. auch das Steuerventil (121) in der Ableitung (120) zum Brennstoffaufnahmebehälter hin geöffnet sind.