DE3516870A1

DE3516870A1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung vom akkumulatortyp

Info

Publication number: DE3516870A1
Application number: DE19853516870
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd; Kanesaka Gijutsu Kenkyusho KK
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd; Kanesaka Gijutsu Kenkyusho KK
Priority date: 1984-10-08
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1986-04-10
Also published as: FR2571438B1; DE3516870C2; GB8509582D0; GB2165304A; FR2571438A1; US4674688A; GB2165304B; JPS6187963A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung vom Akkumulatortyp für einen Verbrennungsmotor .

Die Brennstoffeinspritzvorrichtung vom Akkumulatortyp, nachstehend Einspritzvorrichtung genannt, ist dazu geeignet, die Brennstoffeinspritzzeitdauer zu verkürzen. In kurzer Zeit erfolgt eine vollständige Verbrennung aufgrund des scharf beendeten Brennstoffeinspritzverlaufs, wobei der Durchsatz des eingespritzten Brennstoffes auf ein Maximum ansteigt und dann plötzlich unterbrochen wird, so daß die Isochore erhöht wird, um den thermischen Wirkungsgrad des Motors zu verbessern. Hierdurch ist eine geringe Rußemission bedingt, die Emission von Stickstoffoxiden ist sogar dann begrenzt, wenn die Einspritzzeit verzögert wird.

Bei herkömmlichen Brennstoffeinspritzvorrichtungen vom Akkumulatortyp ist das Nadelventil zum Öffnen und Schließen der Einspritzöffnungen so ausgebildet, daß die Wirkfläche bezüglich des Öffnungsdrucks größer ist als die bezüglich des Schließdrucks. Ist der Ventilschließdruck geringer als der Ventilöffnungsdruck, so daß eine minimale Brennstoffeinspritzung infolge der Differenz der beiden Drücke zu verzeichnen ist, ist es nicht möglich, das Verhältnis von maximaler zu minimaler Brennstoffeinspritzung zu erhöhen und es ist im wesentlichen unmöglich, den Verbrennungsmotor bei niedriger Last und Nullast zu betreiben. Außerdem wird das selbsttätig wirkende Nadelventil, infolge eines Druckabfalls in der Akkumulatorkammer, wobei dessen Kopf reduziert ist, da dieser aufsitzt, sobald es geschlossen ist, nur durch dessen Feder geschlossen, wobei die Arbeit "(Fläche des gleitenden Abschnitts) χ (zurückgelegter Weg) χ (wirkender Druck)" verrichtet wird. Infolgedessen schließt das Nadelventil aufgrund der unterschiedlichen Öffnungs- und Schließdrücke langsam, wodurch sich nicht nur die Regelung der Brennstoffeinspritzung schwierig gestaltet, son-

dern auch die Einspritzdauer vergrößert ist, was unvereinbar mit den zuvor beschriebenen Eigenschaften einer Brennstoffeinspritzvorrichtung vom Akkumulatortyp ist.

Die auf die Anmelderin zurückgehende DE-OS 34 01 658 (offengelegt am 26.7.1984) offenbart eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit Akkumulatorkammer, bei der ein Rückschlagventil zwischen der Akkumulatorkammer und der Brennstoffleitung angeordnet ist, sowie ein Einspritzendsteuerventil, das in einem Brennstoffdurchgang angeordnet ist, der sich zwischen einer Brennstoffleitung, die mit der Atmosphärendruckseite des Nadelventils verbunden ist und der Akkumulatorkammer erstreckt, so daß ein Druck auf das Nadelventil wirkt, wodurch dessen schnelles Schließen ermöglicht wird und die Einspritzdauer im Gegensatz zu den herkömmlichen Brennstoffeinspritzvörrichtungen des Akkumulatortyps verkürzt wird.

Die Anmelderin hat ferner eine Brennstoffeinspritzvorrichtung des Akkumulatortyps mit einem Nadelventil-Steuerkolben vorgeschlagen, der eine größere Fläche als die des gleitenden Abschnitts des Nadelventils aufweist. Der Nadelventil-Steuerkolben ist auf der Atmosphärendruckseite des Nadelventils angeordnet, zwischen dem Einspritzendsteuerventil und der Hochdruckbrennstoffleitung ist eine Drossel angeordnet, so daß das Nadelventil langsamer öffnet, jedoch in Abhängigkeit von dem hohen Druck des Brennstoffs in der Akkumulatorkammer schneller schließt, wobei es auf den Steuerkolben einwirkt und die Brennstoffeinspritzdauer weiter verkürzt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Brennstoffeinspritzdauer einer Brennstoffeinspritzvorrichtung des Akkumulatortyps nicht nur durch eine erhöhte Öffnungsgeschwindigkeit, sondern gleichfalls durch eine erhöhte Schließgeschwindigkeit des Nadelventils zu verkürzen, so

daß der thermische Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors, für den die Einspritzvorrichtung geeignet ist, verbessert wird.

Die vorliegende Erfindung verbessert die Leistung einer Brennstoffeinspritzvorrichtung vom Akkumulatortyp, wie er in der genannten Patentanmeldung beschrieben wurde. Um eine Fläche, die zum Öffnen des Nadelventils nötig ist, zu erhalten, sieht ein Merkmal der Erfindung vor, daß das Ventil an seiner vorderen Stirnseite einen äußeren Durchmesser aufweist, der größer ist als der bei solchen Ventilen nach dem Stand der Technik, daß dessen Kopf reduziert ist, ferner daß das Verhältnis der Fläche der Ventilstirnseite zu der ihres gleitenden Abschnitts größer ist als das beim Stand der Technik, und demnach die Öffnungsgeschwindigkeit erhöht und damit die Öffnungsdauer verkürzt wird.

Nach einem Hauptmerkmal der Erfindung wird eine Brennstoffeinspritzvorrichtung geschaffen, mit einem Einspritzkörper, einer Nadelventilführung, die mit einem Ende am Einspritzkörper befestigt ist, einem Düsenkörper, der mit einem Ende an dem anderen Ende der Nadelventilführung befestigt ist und dessen anderes Ende eine Einspritzöffnung aufweist, mit in dem Düsenkörper befindlicher Akkumulatorkammer, einem in der Akkumulatorkammer angeordneten und in der Nadelführung geführten Nadelventil, einem dem Einspritzkörper angepaßten Ventilteil, einem vom Ventilteil geführten Rückschlagventil, einer im Einspritzkörper angeordneten Hochdruckbrennstoffleitung, die eine Verbindung zwischen der Brennstoffeinspritzpumpe und der Akkumulatorkammer durch das Rückschlagventil bildet, so daß das Nadelventil geöffnet werden kann, sobald der Druck in der Hochdruckbrennstoff leitung verringert ist, um Brennstoff unter Hochdruck nach außen durch die Einspritzöffnung einzuspritzen, mit einem durch das Ventilteil geführten Regler zum Öffnen des Rückschlagventils am Ende der Brennstoffeinspritzung, einem im Einspritzkörper geführten Steuerkolben zum

Schließen des Nadelventils, der in der Brennstoffleitung zwischen dem Rückschlagventil und der Hochdruckbrennstoffleitung angeordnet ist, sowie eine im Steuerkolben angeordnete Leitung, die eine Verbindung zwischen der Akkumulatorkammer und der Hochdruckbrennstoffleitung darstellt und dazu geeignet ist, nur dann geschlossen zu werden, wenn das Nadelventil geschlossen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung;

Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt, der die Einspritzöffnungen der Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß Fig. 1 zeigt;
20

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil der Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Fig. 1 während der Brennstoffeinspritzung;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Teil der Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Fig. 1 während der Druckakkumulation;

Fig. 5 einen Längsschnitt eines Teiles der Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Fig. 1 während des Schließens des Ventils; und

Fig. 6 mehrere Diagramme, die den Zusammenhang zwischen einer Veränderung des Drucks in der Hochdruckbrennstoffleitung, des Drucks in der Akkumulationskammer, der Geschwindigkeit des Kopfes und der

Brennstoffeinspritzung des Nadelventils, des Kopfes des Reglers, des Kopfes des Rückschlagventils und des Kopfes des Steuerkolbens darstellen.

Die in den Zeichnungen dargestellte Brennstoffeinrichtung beinhaltet einen Einspritzkörper 1, eine Nadelventilführung 2 und einen Düsenkörper 3, die mittels einer Gewindehülse 4 mit dem Einspritzkörper 1 verbunden sind.

Mit dem oberen Abschnitt des Einspritzkörpers 1 ist ein Ventilteil 5 verbunden, es weist eine Mittelbohrung la auf, in der der Abschnitt 7 eines Reglers 6 gleitend geführt ist. Der Regler 6 wird mittels einer Feder 8 nach unten gedrückt, die Bewegung nach oben ist durch einen Anschlag 9 begrenzt. Ein Rückschlagventil 11 ist in das Ventilteil 5 eingepaßt, es wird mittels einer Feder nach oben gedrückt, so daß es normalerweise, wie noch beschrieben wird, die Verbindung zwischen einer Akkumulatorkammer 27 und einer Hochdruckbrennstoff leitung 19 unterbricht. Das Rückschlagventil 11 weist eine Ventilführung 12 auf, die in der Mittelbohrung la des Ventilteils 5 gleitend geführt ist, und das in Anlage mit dem unteren Ende des gleitenden Abschnittes des Reglers 6 gelangt. Die Ventilführung 12 besitzt eine Bohrung 14, die eine Verbindung zwischen einer Kammer 13, die durch die Ventilführung 12 und den gleitenden Abschnitt 7 gebildet ist, und einer Kammer 22 ermöglicht. In eine im unteren Abschnitt des Einspritzkörpers 1 gebildete Gleitbohrung Ib ist ein Steuerkolben 16 eingepaßt, der mittels einer schwachen Feder 15 nach oben gedrückt wird, die sich am oberen Innenbereich der Nadelventilführung 2 abstützt, wobei der Steuerkolben eine Bohrung 17 sowie eine Drossel 18 aufweist. Ein gleitender Abschnitt des Steuerkolbens 16 weist einen Durchmesser d_ auf, der größer ist als der Durchmesser d, des gleitenden Abschnittes 29 des nachstehend beschriebenen Nadelventils 28, er steuert das Schließen des Nadelventils 28. Der Einspritzkörper 1 weist

eine Hochdruckbrennstoffleitung 19 auf, die eine Verbindung zwischen einer nicht dargestellten Einspritzpumpe und einer Einsptfitzpumpenseitenkammer 20 darstellt, die im Bereich des oberen Endes des gleitenden Abschnittes 29 des Nadelventils 28 oberhalb der Nadelventilführung 2 gebildet ist. Eine Brennstoffleitung 23 verbindet eine Kammer 21, die sich oberhalb des Steuerkolbens 16 befindet und die mittels der Leitung 17 mit der Kammer 20 verbunden ist, mit der Einspritzpumpenseitenkammer 22 des Rückschlagventils 11. Eine Brennstoffleitung 25 im Einspritzkörper 1 und eine Leitung 26 in der Nadelventilführung 2 stellen eine Verbindung zwischen einer Seitenkammer 24 des Rückschlagventils 11 und der Akkumulatorkammer 27 dar.

Der Düsenkörper 3 bildet zusammen mit der Unterseite der Nadelventilführung 2 die Akkumulatorkammer 27 und das Nadelventil 28, sowie der gleitende Abschnitt 29, der gleitend in die Mittelbohrung der Nadelventilführung 2 eingepaßt ist, werden mittels einer Feder 30 nach unten in die Schließposition gedrückt, wobei sich die Feder 30 an der Nadelventilführung 2 abstützt.

Fig. 2 zeigt in einem vergrößerten Maßstab das vordere Ende des Nadelventils 28 in geöffneter Stellung. Eine Ventilfläche 31 des Nadelventils 28 verjüngt sich von einem Durchmesser d auf einen Durchmesser d. des vorderen Endes und liegt bei geschlossenem Ventil auf dem Ventilsitz 32 des Düsenkörpers 3 auf, um die Brennstoffeinspritzöffnungen zu verschließen. Sobald das Nadelventil 28 abhebt, um die Einspritzöffnungen, wie in der Fig. 3 dargestellt, zu öffnen, berührt dessen oberes Ende die untere Fläche des Steuerkolbens 16, wodurch, wie in Fig. 3 verdeutlicht, die Bohrung 17 geschlossen wird.

Das Rückschlagventil ist derart ausgebildet, daß es, wie in der Fig. 3 verdeutlicht ist, unter Wirkung des Druckes in

der Akkumulatorkammer 27 und der Kraft der Feder 10 den Brennstoffdurchgang unterbricht, der ansonsten von der Akkumulatorkammer 27 zur Leitung 23 möglich wäre.

Fig. 1 zeigt das Rückschlagventil 11, das in geöffneter Stellung durch den Regler 6 gehalten wird, der mittels einer Feder 8 nach unten auf das obere Ende des Rückschlagventils 11 gedrückt wird. Die Feder 8 wirkt dabei zwischen dem oberen Abschnitt des Reglers 6 und einer Einstellschraube 34, die in den Einspritzkörper 1 geschraubt ist.

Erreicht der Druck in der Akkumulatorkammer 27 den Schließdruck des Nadelventils 28, ist die Kraft der Feder 8 größer als die Summe der aus "(Druck in der Akkumulatorkammer 27) χ (Fläche des Rückschlagventils 11) + (Kraft der Feder 10)" gebildeten Kräfte, so daß das Rückschlagventil 11 sich öffnet und eine Verbindung zwischen der Akkumulatorkammer 27 und der Hochdruckbrennstoffleitung 19 ermöglicht.

Die Einstellschraube 34 ist mittels einer Gewindehülse 35 gesichert, in der eine Schraube 36 angeordnet ist, die den Anschlag 9 zum Begrenzen der Bewegung des Reglers 6 trägt. Die Schraube 36 ist mittels einer weiteren Gewindehülse 37 gesichert, diese weist eine Bohrung 38 auf, so daß hinter dem gleitenden Abschnitt 7 des Reglers befindlicher Leckbrennstoff zu einem nicht dargestellten Brennstoffvorratsbehälter durch die Bohrung 38 zurückgeführt werden kann.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung kann eine Brennstoffeinspritzpumpe mit einem in einer Laufbüchse gleitbar angeordneten Plunger mit einer Überlauföffnung, einem Saugrückschlagventil oder einem Restdruckschließventil (residual pressure completing valve) in der Hochdruckbrennstoffleitung Verwendung finden.

Fig. 1 zeigt die Einspritzvorrichtung zum Zeitpunkt t..

(Figur 6) vor der Zuführung von Brennstoff durch die Ein-

spritzpurape,

Zum Zeitpunkt t„ strömt von der Einspritzpumpe zur Hochdruckbrennstoffleitung 19 geförderter Brennstoff über die Kammer 20, die Bohrung 17 und die Leitung 23 zur Kammer 22. Von dort strömt der Brennstoff durch das mittels des Reglers 6 jetzt geöffnete Rückschlagventil 11 durch die Leitungen 25 und 26 in die Akkumulatorkammer 27.

Da der Brennstoff ein verdichtbares Medium darstellt, erhöht sich der Druck in der Akkumulatorkainmer 27 proportional mit der Brennstoffzufuhr der Einspritzpumpe, wie durch die Linie B in Figur 6 dargestellt, der Druck in der Hochdruckbrennstoffleitung 19 steigt gleichfalls an, wie durch die Linie A verdeutlicht.

Zum Zeitpunkt t wird der Regler 6 gegen die Kraft der Feder 8 infolge des auf den gleitenden Abschnitt 7 aufgebrachten Druckes angehoben. Zum Zeitpunkt t. erreicht der Druck in der Akkumulatorkainmer 27 eine Höhe, bei der die Brennstoffzufuhr beendet ist, der Regler 6 hebt, wie aus der Kurve E in Figur 6 ersichtlich ist, ab, so daß das Rückschlagventil 11 unter der Kraft der Feder 10, wie aus der Linie F ersichtlich ist, schließt, wobei es dem Regler 6 folgt. Der Brennstoffstrom öffnet jedoch das Rückschlagventil gegen die Kraft der Feder 10, wie es in Figur 4 dargestellt ist, der Druck wird weiter erhöht, wie es die Linie B in Figur 6 veranschaulicht, während der Strom über die genannte Leitung von der Einspritzpumpe in die Akkumulatorkammer 27 gelangt. Zu diesem Zeitpunkt berührt der Kopf des Reglers 6 das Anschlagteil 9.

In diesem Zustand kann die Kraft F₁ , die das Nadelventil 28 nach unten bewegen will, nach folgender Gleichung angegeben werden:

F, = (Kraft der Feder 30) + If/'4 d² χ

(Druck in der Kammer 20),

die Kraft F₂, die das Nadelventil anheben will, ergibt sich nach folgender Gleichung:

F = ( TF/'4 (d² - d²) χ (Druck in der ² 12

Akkumulatorkammer 27).

Da die Kraft der Feder 10 gering ist, die Drücke in der Kammer 20 oberhalb des Nadelventils 28 und in der Akkumulatorkammer 27 im wesentlichen gleich sind, ergibt sich aus den beiden oberen Gleichungen, daß die nach unten gerichtete Kraft F^ größer ist als die nach oben gerichtete Kraft F₂. Infolgedessen steigt die Kraft, die den Ventilsitz 31 in Richtung des Sitzes drückt, beim weiteren Ansteigen des Druckes in der Akkumulatorkammer 27 an, so daß kein Brennstoff von der Akkumulatorkammer 27 zu den Einspritzöffnungen 33 hindurchtritt.

Die Förderung des Brennstoffes ist zum Zeitpunkt t^ beendet, wenn die Überlauföffnungen sich öffnen, so daß der Brennstoff zurück zur Einspritzpumpe fließt. Aufgrund des hieraus resultierenden Druckabfalls wird das Rückschlagventil 11 durch die Feder 10 geschlossen. Der Druck der Hochdruckbrennstof f leitung 19 fällt schlagartig, die Rückströmung und der Brennstoff von der Akkumulatorkammer 27 zur Hochdruckbrennstoffleitung 19 ist aber durch das geschlossene Rückschlagventil 11 blockiert. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Wirkungsweise sinkt vom Rückschlagventil ab der vorherrschende Druck in der Seitenkammer 22, der Bohrung 14, der Kammer 13, der Leitung 23, der Kammer 21, der Bohrung 17 und der Kammer 20 gleichfalls schlagartig, wie durch die Linie A in Figur 6 verdeutlicht, so daß die

Kraft in der Feder 30 durch die Kraft F3, die das Nadelventil anheben will, überwunden wird, wobei diese Kraft F3 durch folgende Gleichung angeben wird:

F₃ = ΊΓ/4 (d2 - d².) χ (Druck in der
12

Akkumulatorkammer 27) .

!Infolgedessen öffnet sich das Nadelventil 28 und zur gleichen Zeit iwirkt der Druck in der Akkumulatorkammer 2 auf die Ventilfläche '31. In diesem Augenblick verändert sich die Wirkfläche des Nadelventils von ΊΓ/4 (d2 _ d2) auf Iff 4 d^, so daß die Kraft F4, die das Nadelventil 28 abheben will, schlagartig auf den Wert nach folgender Gleichung erhöht wird:

F4 = 7Γ/4 d2 χ (Druck in der Akkumulatorkammer 27).

Das Nadelventil 28 wird durch dxe Kraft F beschleunigt und öffnet schlagartig gegen die Kraft der Feder 30.

Um die Kraft F zu erhöhen, die benötigt wird, um die Öffnung des Nadelventils 28 zu beschleunigen, und zwar auch

dann, wenn der Druck in der Akkumulatorkammer 27 gerxng xst (d.h. die Einspritzgeschwindigkeit niedrig ist), sollte der äußere Durchmesser d die Ventilfläche 31 halb so groß oder größer als der Durchmesser d des gleitenden Abschnitts 29, wie nachfolgend beschrieben, sein. Wenn zusätzlich zum

äußeren Durchmesser d₂ außerdem der äußere Durchmesser d₄

des vorderen Endes vergrößert wird (bezüglich des Ventilsitzes 32), ist der zum Öffnen des Nadelventils 28 notwendige Hub für das Fließen des Brennstoffs durch dieses Ventil reduziert. Hieraus resultiert, daß die Zeit, die erforderlich ist, um den vollständigen Hub des Nadelventils auszuführen (z.B. die Zeitspanne von dem Zeitpunkt t_ zum Zeit-

punkt t₆) reduziert werden kann, wodurch die Ventilöffnungscharakteristik wesentlich verbessert wird.

Im Gegensatz dazu schließt bei einer herkömmlichen Brennstoffeinspritzvorrichtung des Akkumulatortyps das Nadelventil ausschließlich aufgrund der Wirkung einer Feder selbsttätig und der Druck zum Öffnen des Ventils ergibt sich dabei aus:

_in (Kraft der Feder) : 7Ϊ/4 (d² - d²),

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wobei der Druck zum Schließen des Ventils ausgedrückt wird durch:

^ (Kraft der Feder) : 7/7 4 d².

Diese Druckdifferenz legt den minimalen Durchsatz der Benzineinspritzung fest, so daß der Durchmesser d„ so klein wie möglich sein muß, verglichen mit dem vorgenannten Durch-2Q messer d . Aus diesem Grund öffnet das Nadelventil einer herkömmlichen Benzineinspritzvorrichtung langsam und der erforderliche Hub ist so groß, daß sich eine mangelhafte Öffnungscharakteristik des Nadelventils ergibt.

Zum Zeitpunkt t (Fig. 6) stößt, wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, das obere Ende des Nadelventils 28 an die untere Stirnfläche des Steuerkolbens 16, so daß dessen Hub begrenzt ist und die Verbindung zwischen der Bohrung 17 und der Kammer 20 geschlossen ist. Wie der Linie B in Figur 6

3Q zu entnehmen ist, steht zur gleichen Zeit in der Akkumulatorkammer 27 ein solcher Druck an, daß der Einspritzdurchsatz maximal ist, wie durch die Linie D veranschaulicht.

Die Benzineinspritzung schreitet fort, der Druck in der or Akkumulatorkammer 27 fällt, wie durch die Linie B in Figur 6 (gezeigt im Zustand nach Fig. 3), und der Einspritz-

durchsatz fällt ebenso wie durch die Linie D verdeutlicht. Zu diesem Zeitpunkt ist kein Leckstrom, wie zuvor beschrieben, zu verzeichnen, da die Akkumulatorkammer 27 mittels des Rückschlagventils 11 geschlossen ist und der Druck in c- der Kammer 22, 13, 21 und 20 im wesentlichen dem Atmosphärendruck entspricht, so daß die auf den Steuerkolben 16 einwirkenden Drücke gleich sind. Es ist ferner vom äußeren Umfang des gleitenden Abschnitts 7 des Reglers 6 über die Kammer 13 zur Bohrung 38 kein Leckstrom zu verzeichnen, da der Druck in der Kammer 13 niedrig ist. Zu diesem Zeitpunkt verhindern nur das Rückschlagventil und der gleitende Abschnitt 29 des Nadelventils 28 einen Leckstrom infolge der großen Druckdifferenz, diese Teile können geeignete Dichtmittel, wie sie bei dem Stand der Technik verwende det werden, aufweisen. Folglich ist ein konstanter Einspritzdurchsatz zu verzeichnen, es treten keine Schwankungen aufgrund eines Leckstromes während der Brennstoffeinspritzung auf. Die Brennstoffeinspritzung setzt sich bis zum Zeitpunkt t_ (Figur 6) fort, zu dem die zusammenge-2Q setzte Kraft aus ((Fläche des Rückschlagventils

11) χ (Druck P in der Akkumulatorkammer 27)) + (Kraft der Feder 10) geringer wird als die Kraft der Feder 8, so daß der Regler 6 nach unten gedrückt wird und das Rückschlagventil 11 öffnet. Folglich fließt der unter Hochdruck stehende or Brennstoff von der Akkumulatorkammer 27 über die Leitungen 26 und 25 und die Kammer 24 durch das Rückschlagventil 11 und weiter durch die Kammer 22 und die Leitung 23 in die Kammer 21. Das untere Ende der Bohrung 17 des Steuerkolbens 16 ist dann von der oberen Fläche des Nadelventils 28 abge-2Q deckt, wie in Figur 3 gezeigt, so daß der Druck in der Kammer 21 mit dem Druck in der Akkumulatorkammer 27 übereinstimmt. Da der Druck in der Kammer 20, wie beschrieben, in etwa bis auf Atmosphärendruck abgefallen ist, ergibt sich die Kraft F auf den Steuerkolben 16, die das Nadelventil 28 nach unten bewegen will, durch folgende Gleichung:

F = 7^4 d² χ (Druck in der Akkurnulator-3

kammer 27) + (Kraft in der Feder 30) - (Kraft in

der Feder 15).
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Die Kraft F die das Nadelventil nach oben bewegen will, ergibt sich durch folgende Gleichung:

F₆ = Tf]A d χ (Druck in der Akkumulator» 1

kammer 27).

Da die Kraft in der Feder 15, wie zuvor beschrieben, vernachlässigbar ist, und da d ^ d, ist, folgt, daß die nach unten gerichtete Kraft F₅ größer ist als die nach oben gerichtete Kraft F₆, so daß die aufgebrachte Kraft F_ = F₅ - F₆ das Nadelventil 28 beschleunigt.

Zu diesem Zeitpunkt kann die verbrauchte Energie wie folgt

ausgedrückt werden:

T/4 (d² - d²) χ (Druck in der Akkumulator-1 2

kammer 27) χ (Weg des Nadelventils 28). 25

Infolge des Energieverlustes sinkt der Druck in der Akkumulatorkammer 27 auf ein Niveau P wie durch die Linie B zum Zeitpunkt t veranschaulicht.

³^ Bei der Brennstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wirkt das Nadelventil 28 nicht selbsttätig und es kann dessen Schließgeschwindigkeit durch eine geeignete Einstellung der Kraft und des Hubes des Nadelventils, wie zuvor beschrieben, erhöht werden, womit die Schließdauer, d.h. die Zeitdauer von t_ bis t_g verringert wird und das sog. "scharfe Ende" ergibt. Ferner drückt während der

Zeitdauer t bis t_n der Steuerkolben 16 weiterhin auf ο y

dessen Nadelventil 28, wie durch die Linie 9 und in der Fig. 5 verdeutlicht und es fließt der in der Akkumulatorkammer 27 befindliche Brennstoff durch den einzigen Durchgang, d.h. die Drossel 18, und tritt in die Kammer 20 bei niedrigem Druck ein, so daß der Druck in der Akkumulatorkammer 27 und in der Kammer 21 allmählich fällt, bis er zum 2Q Zeitpunkt t das Niveau P₄ in der Linie B erreicht hat, wobei dieser Druck sich angeben läßt durch:

P₄ = (Druck in der Kammer 21)

χ #"/'4 d² -ς (Kraft der Feder 15).

Folglich wird der Steuerkolben 16 durch die Feder 15 nach oben bewegt, bis er zum Zeitpunkt t die in der Figur 1 dargestellte Stellung erreicht.

Die Bohrung 17, die zu diesem Zeitpunkt durch das obere Ende des Nadelventils 28 verschlossen ist, wird dann geöffnet, so daß Brennstoff mit dem Druck P₄ von der Akkumulatorkammer 27 über die Bohrung 17, die Kammer 20 und die Hochdruckbrennstoffleitung 19 zur nicht dargestellten Einspritzpumpe zurückgefördert wird. Zum Zeitpunkt t ist der Takt beendet und es wird die Einspritzvorrichtung zum Ausgangspunkt (t ) gemäß der Darstellung in Figur 1 zurückgeführt.

3Q Die Regelung der Brennstoffeinspritzung erfolgt wie beim Stand der Technik. Um die Benzineinspritzung zu reduzieren, wird beispielsweise der maximale Druck in der Akkumulatorkammer 27 erniedrigt, wie durch die Linie B¹ dargestellt, indem die Brennstoffzufuhr von der Einspritzpumpe zu dieser gedrosselt wird, wie gemäß der einfach punktierten Linie in Figur 6 verdeutlicht. Sobald der Schließdruck erreicht ist, schließt das Nadelventil 28 wie beschrieben schlagartig, so daß der Einspritzdurchsatz sich ändert, wie durch die ein-

fach punktierte Linie D¹ angedeutet, wodurch sich deren Inteegral reduziert, d.h. die Brennstoffeinspritzung. Wird die Drossel 18 des Steuerkolbens 16 und die Feder 15 weggelassen, nehmen der Steuerkolben 16 und das Nadelventil 28 die in der Fig. 5 dargestellten Positionen während der Zeitdauer t bis t„, nach Figur 6 ein. Überschreitet der Druck in der Hochdruckbrennstoffleitung P_ zum Zeitpunkt t~,, wird der Steuerkolben 16 in die in Figur 1 dargestellte Position angehoben, so daß Brennstoff weiterhin strömt. Es erfolgt infolgedessen weder irgendeine Änderung im folgenden Betrieb noch ist eine Einschränkung zu verzeichnen, ob die Drossel 18 angeordnet ist oder nicht.

Es wurde bereits Bezug genommen auf den Regler 6, der sowohl als Sensor bezüglich des Druckes in der Akkumulatorkammer 27 als auch als Betätigungsorgan zum Öffnen des Rückschlagventils, wie in der Figur 1 dargestellt, dient. Wird in einem anderen Fall die Brennstoffzuführmenge von der Einspritzpumpe so bemessen, daß der Druck in der Akkumulatorkammer zum Zeitpunkt t konstant bleibt, wie in Figur 6 dargestellt, kann die Brennstoffeinspritzung gemäß Linie D durch die Verwendung einer Zeitsteuerung (wie beispielsweise eine Uhr) geregelt werden, wobei das Schließen des Nadelventils 28 zum Zeitpunkt t_, durch die Betätigung des Reglers 6 bei Verwendung eines hydraulischen oder elektrischen Betätigungsorganes zum Öffnen des Rückschlagventils 11 und durch das zwangsweise Schließen des Nadelventils 28 durch den Steuerkolben 16 eingeleitet wird.

Wie bereits beschrieben wurde, kann der Öffnungsdruck des Nadelventils 28 durch die Wahl des Durchmessers d₁ des gleitenden Abschnittes 29, des äußeren Durchmessers d_ der Ventilfläche 31 und die durch die Feder 30 ausgeübte Kraft, hingegen der Schließdruck durch die Fläche des Rückschlagventils und die Kraft der Feder 8 festgelegt werden. Dies ermöglicht es sicherzustellen, daß die Differenz zwischen

den Öffnungs- und Schließdrücken des Nadelventils 28 gering ist und hierdurch die minimale Brennstoffeinspritzung reduziert wird. Ferner ermöglicht die Verwendung eines Nadelventils 28 mit verringertem Unterschied zwischen dem äußeren Durchmesser d des gleitenden Abschnittes 29 und des äußeren Durchmessers d_ der Ventilfläche 31 eine zuverlässige und umgehende Öffnung einer Brennstoffeinspritzvorrichtung des Akkumulatortyps ohne jegliche unregelmäßige Einspritzung. Der Regler 6 öffnet zwangsweise das Rückschlagventil 11, wodurch der Druck in der Akkumulatorkammer 27 zum Steuerkolben 16 gelangt, der einen Durchmesser d_ aufweist, der größer ist als der Durchmesser d.. des gleitenden Abschnitts 29 des Nadelventils 28, wodurch dieses niedergedrückt und geschlossen wird. Infogedessen kann der Durchsatz, bei dem das Nadelventil 38 geschlossen wird, gesteigert werden, wodurch die minimale Einspritzung des Brennstoffs reduziert wird. Auch kann die Dauer der Brennstoffeinspritzung verkürzt werden, um den Einspritzdurchsatz künstlich zu erhöhen, so daß die Verbrennung des Brenn-Stoffs im Motor und folglich der thermische Wirkungsgrad des Motors durch ein Ansteigen der Wärmefreisetzung und eine Steigerung der Isochoren erhöht wird. Sogar für den Fall, daß der Einspritzzeitpunkt verzögert wird, kann sichergestellt werden, daß die Verbrennung nur eine geringe Umweltverschmutzung unter Emission von schwarzem Rauch und Stickstoffoxiden produziert.

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Claims

Patentansprüche

j IJ Brennstoffeinspritzvorrichtung des Akkumulatortyps, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Nadelventil zum Öffnen und Schließen einer Einspritzöffnung, die in Verbindung mit einer Akkumulatorkammer steht, eine Brennstoffzuführleitung, durch die Brennstoff unter Druck über ein Rückschlagventil der Akkumulatorkammer zugeführt wird, derart, daß das Nadelventil öffnet, um die Brennstoffeinspritzung infolge der Verminderung des Drucks in der Brennstoffzuführleitung einzuleiten, einen Regler zum Öffnen des Rückschlagventils am Ende des Brennstoffeinspritzzyklus, einen Steuerkolben, der stromaufwärts des Rückschlagventils angeordnet ist, zum Schließen des Nadelventils und eine Bohrung im Steuerkolben zur Verbindung der Akkumulatorkammer und der Brennstoffzufuhr-

leitung, die nur bei geschlossenem Nadelventil verschlossen ist, aufweist.
2. Brennstoffeinspritzvorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

einen Einspritzkörper, eine Nadelventilführung, die mit einem Ende am Einspritzkörper befestigt ist und deren anderes Ende mit einem Ende eines Düsenkörpers verbunden ist, dessen anderes Ende eine Einspritzöffnung aufweist, mit in dem Düsenkörper befindlicher Akkumulatorkammer, ein in der Akkumulatorkammer angeordnetes und in der Nadelventilführung geführtes Nadelventil, ein in den Einspritzkörper eingepaßtes Ventilteil, ein vom Ventilteil geführtes Rückschlagventil, eine Hochdruckbrenn-Stoffleitung, die eine Verbindung zwischen der Brennstoffeinspritzpumpe und der Akkumulatorkammer durch das Rückschlagventil bildet, so daß das Nadelventil geöffnet werden kann, um Brennstoff hohen Drucks einzuspritzen, sobald der Druck in der Hochdruckbrennstoffleitung reduziert ist, einen durch das Ventilteil geführten Regler zum Öffnen des Rückschlagventils am Ende der Brennstoffeinspritzung, einen im Einspritzkörper geführten Steuerkolben zum Schließen des Nadelventils, der in der Brennstoffleitung zwischen dem Rückschlagventil und der Hochdruckbrennstoffleitung angeordnet ist sowie eine im Steuerkolben angeordnete Leitung, die eine Verbindung zwischen der Akkumulatorkammer und der Hochdruckbrennstoffleitung darstellt und die dazu geeignet ist, nur dann geschlossen zu werden, wenn das Nadelventil geschlossen ist.
3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein geführter gleitender Abschnitt des Steuerkolbens einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der geführte gleitende Abschnitt des Nadelventils zum Kontrollieren des

*■■ J ~™

Schließens des Nadelventils.
4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das Nadelventil sich von 5 der Ventilfläche aus zum vorderen Ende verjüngt und

einen vergrößerten Durchmesser aufweist, so daß der Hub des Nadelventils vergrößert und dessen Öffnungsgeschwindigkeit erhöht ist und auf diese Weise die Ventilöffnungsdauer verkürzt ist. 10