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Kraftstoff-Einspritzdüse für
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3rennkr aftmas c hine n Stand der Technik Die Erfindung geht aus von
einer Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Haupt
an spruchs. Bei einer bekannten Einspritzdüse dieser Gattung (3E-OS 23 01 420) greift
der Kolben bei einem festgelegten Vorhub unmittelbar an einer Ringschulter der Ventilnadel
an. Am Ende des Vorhubs kommt der Kolben an einer gehäusefesten Schulter zur Anlage,
wonach der Kraftstoff allein an den vom ihm unmittelbar beaufschlagten Druckflächen
der Ventilnadel angreift und diese in die volle Offenstellung weiterbewegt. Dabei
wird ein hinter dem Kolben liegender Raum, der seine Rückführfeder aufnimmt, über
einen von Steuerkanten am Kolben und an der Ventilnadel überwachten Durchfluß zum
Zweck eines Druckausgleichs mit dem Druckraum verbunden, wonach die Rückführfeder
den Kolben noch vor Beendigung des Einspritzvorgangs in die Ausgangslage zurückführt.
Mit dieser Anordnung ist bei jedem Einspritzvorgang eine Druckstufe erreicht, wobei
in einer ersten Phase des Einspritzverlaufs die
eingespritzte Kraftstoffmenge
nur langsam ansteigt und die Hauptmenge des Kraftstoffs erst in einer folgenden
zweiten Phase bei höherem Druck ausgespritzt wird. Durch die starre Koppelung des
Kolbens mit der Ventllnadel und das gleichbleibende Schluckvolumen des Kolbens bei
Vorhub kann jedoch nur in einem verhältnismäßig eng begrenzten Bereich des gesamten
Betriebskennfeldes der Einspritzverlauf in einer gewünschten Weise geformt werden.
Es ist nicht möglich, den Einspritzverlauf auch abhängig von der Geschwindigkeit
des Druckanstieges im Druckraum der Einspritzdüse zu formen.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß der Weg des Kolbens nicht auf
einen Vorhub beschränkt und während des Vorhubs auch nicht starr an den Weg der
Ventilnadel gekoppelt ist, so daß sich allein schon durch diese Merkmale weitere
Möglichkeiten zur Formung des Einspritzverlaufs ergeben.
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Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind vorteilhafte
Weiterbildungen des Gegenstandes des Hauptanspruchs möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kolben einen in den Druckraum
führenden Zuflußquerschnitt wegabhängig steuer. Durch dieses zusätzliche Kombinationsmerkmal
ist
erreicht, aaß im Leerlauf die Spritzdauer verlängert und dadurch das Motorgeräusch
verringert wird, wogegen bei Vollastmenge die Verlängerung der Einspritzzeit zurückgenommen
und dadurch der Kraftstoffverbrauch verringert wird. Im Teillast- und Volllastbereich
wird außerdem der Mengenschwerpunkt des eingespritzten Kraftstoffs zum Einspritzende
hin verlagert, was sich ebenfalls günstig auf das Motorgeräusch und den Kraftstoffverbrauch
auswirkt.
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Eine platzsparende Anordnung ergibt sich, wenn das Kraftstoffpolster
in der den Kolben führenden Gehäusebohrung zwischen einer stirnseitigen Ausnehmung
im Kolben und einem Ringbund der Ventilnadel angeordnet und der Drosselkanal zwischen
der UmBangswand des Ringbundes und der Wand der Gehäusebohrung gebildet ist. Diese
Ausführung hat den weiteren Vorteil, daß der Kolben nach einer bestimmten Relativbewegung
gegenüber der Ventilnadel, d.h. nach Verdrängung eines bestimmten Teiles des Kraftstoffpolsters,
zur Anlage am Ringbund der Ventilnadel kommt und dadurch den Drosselkanal verschließt.
Von diesem Zeitpunkt an sind Kolben und Ventilnadel starr miteinander gekoppelt
und außerdem wird die Leckmenge zwischen Ventilnadeln und Kolben abgesperrt.
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Der Drosselkanal zwischen dem Ringbund der Ventilnadel und der Gehäusebohrung
kann durch eine oder mehrere Nuten am Umfang des Ringbundes oder durch den entsprechend
bemessenen Ringspalt zwischen Ringbund und Gehäusebohrung gebildet seien.
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Bei Einspritzdüsen, die mit einem Düsenhalter versehen sind, in welchem
eine mit einem Leckölanschluß versehene Kammer zur Aufnahme der Schließfeder gebildet
ist, kann der jeweils verdrängte Teil des Kraftstoffpolsters ohne weiteres gespeichert
und das entstehende Lecköl problemlos abgeführt werden, wenn der Drosselkanal in
die Kammer zur Aufnahme der Schließfeder im Düsenhalter führt. Eine einfache und
leicht zu montierende Ausbildung ergibt sich, wenn die Rückführfeder für den Kolben
im Kraftstoffpolster angeordnet ist und sich am Ringbund der Ventilnadel abstützt.
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Eine weitere Möglichkeit zur Abstimmung des Einspritzverlaufs mit
bestimmten Betriebsparametern ergibt sich, wenn die Rückführfeder für den Kolben
so auf den Querschnitt des Drosselkanals abgestimmt ist, daß in Teilen des Betriebskennfeldes
der nächste Spritzhub bereits beginnt, bevor der Kolben seine Ausgangsstellung erreicht
hat.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur
zeigt einen Teil-Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die Einspritzdüse hat einen
Düsenkörper 10, welcher zusammen mit einer Zwischenscheibe 12 durch eine Überwurfmutter
ih an einem Düsenhalter 16 festgespannt ist. Der Düsenkörper 10 hat eine zentrale
Bohrung 18, welche über eine konische Ventilsitzfläche 20 in eine Düsenbohrung 22
übergeht. In der Bohrung 18 ist ein Kolben 24 möglichst dicht verschiebbar gelagert,
welcher zwischen
sich und der Ventilsitzfläche 20 einen Druckraum
26 begrenzt. Die der Ventilsitzfläche 20 zugekehrte Stirnfläche des Kolbens 2b ist
im zentralen Bereich ebenfalls konisch, am Rand dagegen eben ausgeführt, so daß
der Druckraum 26, wie in der linken Hälfte der Figur gezeigt, auch in der Ausgangsstellung
des Kolbens 24, in welcher der Kolben an der Ventilsitzfläche 20 anliegt, noch ein
gewisses Mindestvolumen hat.
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Zwischen dem Düsenkörper 10 und der Überwurfmutter 14 ist ein Ringraum
28 gebildet, welcher über mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte, schmale
Schlitze 30 mit dem Druckraum 26 verbunden ist. Die Schlitze 30 sind in Achsrichtung
gesehen so nahe an die Düsenbohrung 22 herangerückt, daß sie die Ventilsitzfläche
20 etwas anschneiden. Dadurch bleibt auch in der Ausgangsstellung des Kolbens 24
ein Mindestquerschnitt der Schlitze 30 vom Kolben 24 unbedeckt. Der Ringraum 28
ist über eine Bohrung 32 in einem Spannflansch 34 des Düsenkörpers 10 mit einer
Ringnut 36 in der Zwischenscheibe 12 verbunden, von welcher mehrere gleichmäßig
verteilte Bohrungen 38 in eine zweite Ringnut 4~0 führen. In diese mündet ein Längskanal
42 im Düsenhalter 16 ein, der aus einem nicht dargestellten Kraftstoff-Anschlußstutzen
am oberen Stirnende des Düsenhalters 16 herausgeführt ist.
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Im Kolben 24 ist eine Ventilnadel 44 möglichst dicht verschiebbar
gelagert, welche von einer Schließfeder 46 über ein Druckstück 48 gegen die Ventilsitzfläche
20 gedrückt ist und die Düsenbohrung 22 überwacht.
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Die Schließfeder 46 ist in einer Kammer 50 des Düsenhalters 16 angeordnet,
welche einen Leckölabfluß 52 hat. Die Ventilnadel 44 ist oberhalb des Kolbens 2
mit einem Ringbund 54 versehen, der einen geringfügig kleineren Durchmesser als
die Bohrung 18
hat, in welcher der Kolben 24 verschiebbar gelagert
ist.
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An einer Stelle seines Umfanges ist der Ringbund 54 mit einer nutartigen
Aussparung 56 versehen, die zusammen mit dem geringen Radialspiel zwischen Ringbund
54 und der Wand der Bohrung 18 einen den Ringbund 54 umgehenden, im Nachfolgenden
mit der Bezugszahl 56 bezeichneten Drosselkanal bildet.
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Der Kolben 24 ist an seinem dem Ringbund 54 zugekehrten Endabschnitt
mit einer stirnseitigen zylindrischen Ausnehmung 58 versehen, die von einem axialen
Kragen 60 des Kolbens 24 umgeben ist. In der Ausnehmung 58 ist eine Rückführfeder
62 für den Kolben 24 angeordnet, welche sich am Ringbund 54 der Ventilnadel 44 abstützt.
Die Ausnehmung 58 und der Raum zwischen der Stirnseite des Kolbens 24 und dem Ringbund
54 ist mit Kraftstoff gefüllt, der ein Polster 64 zwischen dem Kolben 24 und der
Ventilnadel 44 bildet, das über den Drosselkanal 56 mit der als Speicherraum dienenden
Kammer 50 im Düsenhalter 16 verbunden ist.
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Die beschriebene Einspritzdüse arbeitet wie folgt: In den Betriebspausen
des Motors nehmen der Kolben 24 und die Ventilnadel 44 die in der linken Hälfte
der Figur gezeigte Grundstellung ein, in welcher der Druckraum 26 sein kleinstes
Volumen und die Schlitze 30 den kleinsten freien Durchgangsquerschnitt haben.
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Im Betrieb des Motors tritt die von der Einspritzpumpe kommende Fördermenge
durch die Schlitze 30 in den Druckraum 26 ein und hebt nach Erreichen eines bestimmten
Druckes den Kolben 24 und über das Kraftstoffs polster 64 die 7entilnadel 44 entgegen
der Kraft der Schließfeder 46 an, so daß der Kraftstoff über die
freigegene
Düsenbohrung 22 eingespritzt wird.
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Während des Öffnungshubes der Ventilnadel 44 und entsprechend der
Größe der Fördermenge wird ein Teil des Kraftstoffpolster 64 über den Drosselkana'
56 in die Kammer 50 verdrängt, wobei der Kolben 24 schneller als die Ventilnadel
44 nach oben ausweicht. Dabei steuert der Kolben 24 die Schlitze 30 zunehmend weiter
auf, so daß zum Einspritzende hin der Durchflußquerschnitt zum Druckraum 26 und
demzufolge auch die Einspritzmenge vergrößert wird. Im Teillast- und Vollastbetrieb
kommt der Kragen 60 des Kolbens 24 zur Anlage an den Ringbund 54 der Ventilnadel
44, wonach der Kragen 60 den Drosselkanal 56 absperrt und sich eine starre Koppelung
von Kolben 24 und Ventilnadel 44 ergibt. Beim folgenden Resthub wird auch die Leckölmenge
zwischen der Ventilnadel 44 und dem Kolben 24 abgesperrt.
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Nach dem Förderhubende drückt die Schließfeder 46 die Ventilnadel
44 und den Kolben 24 gegen die Ausgangsstellung zurück. Dabei und in den unterschiedlich
langen Einspritzpausen ruft die Rückführfeder 62 eine zusätzliche Relativbewegung
des Kolbens 24 gegenüber der Ventilnadel 44 hervor, bei welcher Kraftstoff über
den Drosselkanal 56 in das Kraftstoffpolster 64 zurückgesaugt wird. Die Rückführfeder
62 ist so auf den Drosselkanal 56 abgestimmt, da3 nur im Leerlaufbetrieb der Kolben
24 am Beginn des nächsten Einspritzvorganges seine Ausgangsstellung wieder erreicnt
hat. Im Teillastbetrieb bzw. bei höheren Drehzahlen beginnt der nächste Einspritzvorgang
bereits, bevor der Kolben 24 seine Ausgangsstellung erreicht hat, so daß schon von
Beginn des Einspritzvorganges
an ein größerer Quflußquerschnitt
der Schlitze 30 freigegeben ist. 3ei 7ollastdrehzahl vermag die Rückführfeder 62
keine wirksame Relativbewegung mehr zwischen Kolben 24 und Ventilnadel 44 hervorzurufen,
so daß der Kolben 24 am Ringbund 5 angelegt bleibt und am Beginn des nächsten Spritzhubes
der volle Zuflußquerschnitt der Schlitze 30 zur Verfügung steht. Dieser Zustand
ist in der rechten Hälfte der Figur dargestellt.