DE3725618A1 - Kraftstoff-einspritzduese fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
Kraftstoff-einspritzduese fuer brennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoff-Einspritzdüse nach der
Gattung des Hauptanspruchs. Einspritzdüsen dieser Gattung, die man
auch als Drosselzapfendüsen bezeichnet, werden insbesondere bei Vor
kammer-Dieselmotoren eingesetzt, bei denen das hohe Leerlaufgeräusch
ein bisher noch nicht zufriedenstellend gelöstes Problem ist;
Bei einer bekannten Einspritzdüse der eingangs genannten Gattung
(DE-GM 81 04 272) bestehen die am Beginn der Haupteinspritzung wirk
sam werdenden Mittel zur Erhöhung der Schließkraft aus einem gleich
achsig zur Ventilnadel angeordneten Kolben, der auf seiner von der
Ventilnadel abgekehrten Stirnseite vom Druck des Kraftstoffs beauf
schlagt und gegen eine Stützscheibe für die Schließfeder der Ventil
nadel gedrückt ist; Der Kolben ist mit einem durch die Schließfeder
hindurchtretenden Druckbolzen verbunden, welcher in Schließlage der
Ventilnadel und bei an der Stützscheibe anliegendem Kolben bis auf
einen dem Vorhub der Ventilnadel entsprechenden Abstand an ein
Druckstück heranreicht, über welches die Schließfeder auf die Ven
tilnadel einwirkt; Beim Öffnungshub der Ventilnadel trifft nach dem
Vorhub das Druckstück auf den Druckbolzen auf, wonach auch die vom
Kraftstoff auf den Kolben ausgeübte Kraft im Schließsinn auf die
Ventilnadel einwirkt. Der Drosselzapfen der Ventilnadel und das
Spritzloch sind zylindrisch ausgeführt, so daß sich während des ge
samten Vorhubes der wirksame Durchgangsquerschnitt für den Kraft
stoff im Spritzloch nicht wesentlich ändert. Bei dieser bekannten
Ausführung läßt sich zwar bei entsprechender Abstimmung der Teile
das Leerlaufgeräusch gegenüber Einspritzdüsen ohne zusätzliche
Schließkraftmittel merklich absenken. Bei Vollast jedoch werden die
großen Einspritzmengen verhältnismäßig stark gedrosselt, so daß sich
insbesondere im unteren Drehzahlbereich eine zu lange Spritzdauer
ergeben kann.
Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs ergibt überraschend den Vorteil, daß die Spritzdauer
im Leerlauf spürbar verlängert und da durch das Leerlaufgeräusch
merklich gesenkt werden kann, ohne daß sich dabei die Spritzdauer
bei Vollast/niederen Drehzahlen in einem nicht tragbaren Ausmaß ver
längert. Durch Anpassung der Nockenform kann bei Nenndrehzahl eine
Verlängerung der Spritzdauer praktisch vollkommen vermieden werden.
Die Teillast-Einspritzmengenkurven nehmen für konstante Schieber
stellung einen günstigen flachen Verlauf an, wodurch das Ruckelver
halten positiv beeinflußt wird. Durch die infolge des sich verjün
genden Drosselzapfens bewirkte allmähliche Vergrößerung des Durch
gangsquerschnittes für den Kraftstoff werden ferner Instabilitäten
beim Austauchen des Drosselzapfens aus dem Drosselhub vermieden, was
sich ebenfalls geräuschmindernd auswirkt.
Durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Maßnahmen sind vorteil
hafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.
Bei Einspritzdüsen, deren Düsenkörper an einem Düsenhalter über eine
Zwischenscheibe festgespannt ist, welche mit einer Schulter an der
Ventilnadel deren Gesamthub begrenzt, ergibt sich eine in Achs
richtung der Einspritzdüse gedrängte Ausführung, wenn das mecha
nische Federelement eine zweite Schraubenfeder ist, welche die
Schließfeder der Ventilnadel konzentrisch umgibt und deren in
Schließrichtung wirkende Kraft beim Vorhub der Ventilnadel an der
Zwischenscheibe abgefangen ist.
Bei dieser Ausführung ist es besonders vorteilhaft, wenn sich die
zweite Schraubenfeder über einen Ringkörper an der Zwischenscheibe
abstützt, der mit einer Nabe auf dem Druckstück der Ventilnadel ver
schiebbar geführt ist und mit einem das Druckstück radial über
greifenden Flansch in Schließlage der Ventilnadel auf der Zwischen
scheibe aufliegt. Dadurch ist erreicht, daß die beim Zwischenan
schlagen auftretenden Kräfte nicht wie beim Stand der Technik auf
einen langen und schlanken Druckbolzen übertragen werden, sondern
auf einen kompakten Ringkörper, wodurch sich die Stabilität insge
samt erhöht und die Neigung der Ventilnadel zum Überschwingen ver
mindert wird.
Die Instabilitäten beim Übergang von der Voreinspritzung zur Haupt
einspritzung, sowie die Neigung zum Verkoken des Düsenaustritt
spaltes können weiter vermindert werden, wenn die Querschnittsver
jüngung am Drosselzapfen durch mindestens eine schräg zur Mittel
achse des Zapfens gestellte Abflachung am Zapfenumfang gebildet ist.
Durch die in den Ansprüchen 5 bis 7 angegebenen Maßnahmen läßt sich
zusätzlich zu den mit den Merkmalen der übergeordneten Ansprüche er
zielbaren Vorteilen der Einspritzverlauf noch weiter modulieren und
dem jeweiligen Anwendungsfall anpassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge
stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel und
Fig. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt durch das brennraumseitige
Stirnende des Düsenkörpers und der Ventilnadel der Einspritzdüse
nach Fig. 1. In Fig. 3 ist eine Variante der Ventilnadel zur Aus
führung nach Fig. 2 dargestellt.
Die Einspritzdüse hat einen Düsenkörper 10, der zusammen mit einer
Zwischenscheibe 12 durch eine Überwurfmutter 14 an einem Düsenhalter
16 festgespannt ist. Im Düsenkörper 10 ist eine Ventilnadel 18 ver
schiebbar gelagert, die mit einem konischen Ventilsitz 20 im Düsen
körper 10 zusammenarbeitet, der zwischen einem Druckraum 22 und ei
nem zylindrischen Spritzloch 24 gebildet ist. Im Düsenhalter 16 ist
eine abgestufte Kammer 26 zur Aufnahme einer Schließfeder 28 und ei
ner diese konzentrisch umgebenden zweiten Schraubenfeder 30 gebil
det, die nach einem Vorhub der Ventilnadel 18 eine zusätzliche
Schließkraft auf diese ausübt. Die Schließfeder 28 stützt sich über
eine Scheibe 32 an einer Ringschulter 34 des Düsenhalters 16 ab und
greift über eine Platte 36 an einem Druckstück 38 an, welches auf
einem Druckzapfen 40 der Ventilnadel 18 aufsitzt. Das Druckstück 38
ist mit einer Stange 39 fest verbunden, deren oberes Ende in einer
Sackbohrung des Düsenhalters 16 verschiebbar geführt ist.
Die zweite Schraubenfeder 30 stützt sich über eine Scheibe 42 an
einer Ringschulter 44 in der Kammer 26 ab und greift an einem Ring
körper 46 an, der auf einem zylindrischen Ansatz 48 des Druckstücks
38 verschiebbar geführt ist. Der Ringkörper 46 übergreift mit seinem
äußeren Ringrand das Druckstück 38 und eine zu dessen Aufnahme
dienende Vertiefung in der Zwischenscheibe 12 und liegt beim Vorhub
der Ventilnadel 18 auf der oberen Stirnseite der Zwischenscheibe 12
auf. Das Druckstück 38 ist mit einem Ringbund 49 versehen, der in
Schließlage der Ventilnadel 18 und bei auf der Zwischenscheibe 12
aufliegendem Ringkörper 46 zu dessen unterer Stirnseite den Abstand
h v einnimmt, welcher dem Vorhub der Ventilnadel 18 entspricht. Am
Übergang zum Druckzapfen 40 ist wie üblich an der Ventilnadel 18
eine Ringschulter gebildet, die zusammen mit der unteren Stirnseite
der Zwischenscheibe 12 den Gesamthub h g der Ventilnadel 18 be
grenzt.
Der Düsenhalter 16 ist mit einem Anschlußstutzen 50 für eine Kraft
stoffzuleitung versehen, von welchem innere Kanäle 52, 54, 56 und in
der Zeichnung nicht dargestellte stirnseitige Ringnuten in den ge
häusebildenden Teilen 16, 12, 10 zum Druckraum 22 führen. Die die
beiden Federn 28, 30 aufnehmende Kammer 26 ist mit einem ebenfalls
nicht dargestellten Leckölanschluß verbunden.
An der Ventilnadel 18 ist brennraumseitig ein Drosselzapfen 60 ge
bildet, der eine zylindrische Grundform hat und in Schließstellung
der Ventilnadel 18 mit geringem radialem Spiel in das Spritzloch 24
eintaucht. Zur Bildung eines kompakten, örtlichen Durchgangsquer
schnitts für eine gedrosselte Kraftstoffmenge bei der Vorein
spritzung ist der Drosselzapfen 60 am Umfang mit einer Abflachung 62
versehen, die derart schräg zur Zapfenachse 64 gestellt ist, daß
sich beim Öffnungshub das Spritzloch 24 stetig vergrößert. An den
Drosselzapfen 60 schließt sich ein Spritzformungszapfen 66 an, der
bei vollem Öffnungshub der Ventilnadel 18 noch teilweise im Spritz
loch 24 liegen kann.
Die beschriebene Einspritzdüse arbeitet wie folgt:
Der am Beginn eines Einspritzvorganges ansteigende Kraftstoffdruck
hebt die Ventilnadel 18 zunächst gegen die alleinige Kraft der
Schließfeder 28 an, wobei der Drosselzapfen 60 im Spritzloch 24
einen gedrosselten, sich jedoch mit dem Nadelhub stetig vergrößern
den Durchgangsquerschnitt für die Voreinspritzmenge freigibt. Am
Ende des Voreinspritzhubes h v schlägt das Druckstück 38 der Ven
tilnadel 18 mit seinem Ringbund 49 am Ringkörper 46 an, der von der
Schraubenfeder 30 gegen die Zwischenscheibe 12 gedrückt ist. In die
ser Stellung ist der Drosselzapfen 60 so weit aus dem Spritzloch 24
ausgetreten, daß ein praktisch nicht mehr drosselnder Durchgangs
querschnitt für den Kraftstoff freigegeben ist. Eine Weiterbewegung
der Ventilnadel 18 erfolgt nun erst, wenn der Kraftstoffdruck so
weit angestiegen ist, daß er auch die zusätzliche Schließkraft der
Schraubenfeder 30 zu überwinden vermag. Danach wird die Ventilnadel
18 um den Resthub h g -h v in die volle Öffnungsstellung weiter
bewegt, wobei die Haupteinspritzmenge weitgehend ungedrosselt aus
dem Spritzloch 24 austritt. Beim Schließhub laufen die Vorgänge in
umgekehrter Reihenfolge ab.
Bei der Variante nach Fig. 3 ist die Verjüngung des Drosselzapfens
60 a durch eine in der Tiefe abgestufte Abflachung 70, 72 und eine
gegenüber dieser in Umfangsrichtung um 180° versetzte Abflachung 74
gebildet. Dabei kann die Anordnung vorteilhaft so getroffen sein,
daß bei vollem Hub h g der Ventilnadel 18 a der Drosselzapfen 60 a
noch so weit in das Spritzloch 24 eintaucht, daß der ungedrosselte
Durchgangsquerschnitt durch die beiden Abflachungen 72 und 74 am
Drosselzapfen 60 a vorgegeben ist.
Claims (7)
1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit einer in
einem Düsenkörper verschiebbar gelagerten Ventilnadel, die von einer
Schließfeder in Strömungsrichtung des Kraftstoffs gegen einen Ven
tilsitz im Düsenkörper gedrückt und entgegengesetzt dazu vom Druck
des Kraftstoffs beaufschlagt ist, ferner mit einem an der Ventil
nadel gebildeten Drosselzapfen, der in Schließlage der Ventilnadel
in ein stromab des Ventilsitzes im Düsenkörper gebildetes Spritzloch
eintaucht und darin während eines Voreinspritzhubes der Ventilnadel
mit der Spritzlochwand einen drosselnden Durchgangsquerschnitt für
den Kraftstoff begrenzt, und ferner mit Mitteln, die am Beginn des
der Haupteinspritzung entsprechenden Resthubes der Ventilnadel
eine sprunghafte Erhöhung der auf die Ventilnadel einwirkenden
Schließkraft bewirken, gekennzeichnet durch die Kombination folgen
der, an sich bekannter Merkmale:
- a) Die am Beginn der Haupteinspritzung wirksam werdenden Mittel zur Erhöhung der Schließkraft bestehen aus einem mechanischen Feder element (30), dessen in Schließrichtung wirkende Kraft während des Vorhubs bzw. dessen entgegen der Schließrichtung wirkende Kraft während des Resthubs der Ventilnadel (18) an einem ge häusefesten Anschlag (12) abgefangen ist;
- b) der Querschnitt des Drosselzapfens (60) ist mindestens über einen Teil des in Schließlage der Ventilnadel (18) von der Spritzlochwand überdeckten Zapfenabschnitts gegen das brennraum seitige Stirnende hin verjüngt.
2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, deren Düsenkörper an einem Düsen
halter über eine Zwischenscheibe festgespannt ist, welche mit einer
Schulter an der Ventilnadel deren Gesamthub begrenzt, dadurch ge
kennzeichnet, daß das mechanische Federelement eine zweite
Schraubenfeder (30) ist, welche die Schließfeder (28) der Ventil
nadel (18) konzentrisch umgibt und deren in Schließrichtung wirkende
Kraft beim Vorhub der Ventilnadel (18) an der Zwischenscheibe (12)
abgefangen ist.
3. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich
die zweite Schraubenfeder (30) über einen Ringkörper (46) an der
Zwischenscheibe (12) abstützt, der auf dem Druckstück (38) der Ven
tilnadel (18) verschiebbar geführt ist und mit seinem das Druckstück
(38) radial übergreifenden Außenrand in Schließlage der Ventilnadel
(18) auf der Zwischenscheibe (12) aufliegt.
4. Einspritzdüse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Querschnittsverjüngung am Drosselzapfen (60) durch
midnestens eine schräg zur Zapfenachse (64) gestellte Abflachung
(62) am Zapfenumfang gebildet ist.
5. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Querschnittsverjüngung am Drosselzapfen (60 a)
durch mindestens eine in der Tiefe abgestufte Abflachung (70, 72) am
Zapfenumfang gebildet ist.
6. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Querschnittsverjüngung am Drosselzapfen (60 a)
durch mindestens zwei in Umfangsrichtung zueinander versetzte, in
unterschiedlichen Querschnittsebenen beginnende Abflachungen (72,
74) am Zapfenumfang gebildet ist.
7. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Drosselzapfen (60 bzw. 60 a) so bemessen ist, daß
er bei vollem Hub der Ventilnadel (18, 18 a) mindestens noch ein
Stück weit in das Spritzloch (24) eintaucht und daß der der Haupt
einspritzung entsprechende End-Durchgangsquerschnitt im Spritzloch
(24) durch mindestens eine Abflachung (62 bzw. 72, 74) des Drossel
zapfens (60, 60 a) gebildet und bestimmt ist.
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