DE3725618C2 - Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Kraftstoff-Einspritzdüse für 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
gesamten Vorhubes der wirksame Durchgangsquerschnitt für den
Kraftstoff im Spritzloch nicht wesentlich ändert. Bei dieser be
kannten Ausführung läßt sich zwar bei entsprechender Abstimmung
der Teile das Leerlaufgeräusch gegenüber Einspritzdüsen ohne zu
sätzliche Schließkraftmittel merklich absenken. Bei Vollast je
doch werden die großen Einspritzmengen verhältnismäßig stark ge
drosselt, so daß sich insbesondere im unteren Drehzahlbereich
eine zu lange Spritzdauer ergeben kann.
Aus der GB 1 433 513 ist eine Einspritzdüse bekannt, bei der der
Drosselzapfen so ausgebildet ist, daß bei der Öffnungshubbewe
gung der Düsennadel der Öffnungsquerschnitt im Spritzloch ver
größert wird. Weiterhin weist diese Einspritzdüse zwei Schließ
federn auf, die die Schließkraft erzeugen und von denen eine
ständig und die andere Schließfeder erst nach Durchfahren eines
Öffnungshubs auf die Ventilnadel wirkt. Dadurch ergibt sich je
doch das Problem, daß der zwischen der Ventilnadel und dem
Spritzloch gebildete Ringspalt mit der Zeit verkokt.
Aus der DE 33 42 477 A1 ist eine Einspritzdüse bekannt, bei der
die Düsennadel durch zwei Federelemente beaufschlagt ist. Die
Federelemente sind hier jedoch keine Schraubenfedern, sondern
Tellerfedern, bei denen die Düsennadel beim Öffnungshub nur ei
nen geringeren Weg zurücklegt, da Tellerfedern eine wesentlich
höhere Vorspannung aufweisen. Der dadurch entstehende hohe Ein
spritzdruck entfernt eventuell auftretenden Koksbelag an der Dü
se. Soll der Einspritzdruck hingegen nicht soweit ansteigen, ist
diese Düse nicht geeignet.
Aus der DE 34 26 951 A1 ist eine Einspritzdüse bekannt, bei der
am Drosselzapfen eine seitliche Abflachung vorgesehen ist. Diese
erschwert zwar das Verkoken, jedoch wird die Düsennadel nur von
einer einzelnen Feder beaufschlagt. Dadurch wirkt die Abflachung
nicht so gut, daß das Verkoken wirklich verhindert wird.
Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs ergibt überraschend den Vorteil, dass die
Spritzdauer im Leerlauf spürbar verlängert und dadurch das Leer
laufgeräusch merklich gesenkt werden kann, ohne dass sich dabei
die Spritzdauer bei Vollast/niederen Drehzahlen in einem nicht
tragbaren Ausmaß verlängert. Durch Anpassung der Nockenform kann
bei Nenndrehzahl eine Verlängerung der Spritzdauer praktisch
vollkommen vermieden werden. Die Teillast-Einspritzmengenkurven
nehmen für konstante Schieberstellung einen günstigen flachen
Verlauf an, wodurch das Ruckelverhalten positiv beeinflußt wird.
Durch die infolge des sich verjüngenden Drosselzapfens bewirkte
allmähliche Vergrößerung des Durchgangsquerschnittes 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 vor
teilhafte 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
hv 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 hg 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 hv 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 hg - hv 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.
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 hv 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 hg - hv 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
60a durch eine in der Tiefe abgestufte Abflachung 70, 72 und eins
gegenüber dieser in Umfangsrichtung um 180° versetzte Abflachung 74
gebildet. Dabei kann die Anordnung vorteilhaft so getroffen sein,
daß bei vollem Hub hg der Ventilnadel 18a der Drosselzapfen 60a
noch so weit in das Spritzloch 24 eintaucht, daß der ungedrosselte
Durchgangsquerschnitt durch die beiden Abflachungen 72 und 74 am
Drosselzapfen 60a vorgegeben ist.
Claims (7)
1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit ei
ner in einem Düsenkörper verschiebbar gelagerten Ventil
nadel, die von einer Schließfeder in Strömungsrichtung
des Kraftstoffs gegen einen Ventilsitz im Düsenkörper ge
drückt und entgegengesetzt dazu vom Druck des Kraftstoffs
beaufschlagt ist, ferner mit einem an der Ventilnadel ge
bildeten Drosselzapfen, der in Schließlage der Ventilna
del in ein stromab des Ventilsitzes im Düsenkörper gebil
detes Spritzloch eintaucht und darin während eines Vor
einspritzhubes der Ventilnadel mit der Spritzlochwand ei
nen drosselnden Durchgangsquerschnitt für den Kraftstoff
begrenzt, und ferner mit Mitteln, die am Beginn des der
Haupteinspritzung entsprechenden Resthubes der Ventilna
del eine sprunghafte Erhöhung der auf die Ventilnadel
einwirkenden Schließkraft bewirken, gekennzeichnet durch
die Kombination folgender, an sich bekannter Merkmale:
- a) Die am Beginn der Haupteinspritzung wirksam werdenden Mittel zur Erhöhung der Schließkraft bestehen aus einem mechanischen Federelement (30), dessen in Schließrichtung wirkende Kraft während des Vorhubs bzw. dessen entgegen der Schließrichtung wirkende Kraft während des Resthubs der Ventilnadel (18) an einem gehäusefesten Anschlag (12) abgefangen ist;
- b) der Querschnitt des Drosselzapfens (60) weist zwischen einer mit dem Ventilsitz (20) zusammenwirkenden Dichtflä che an der Ventilnadel (18) und einem an deren brennraum seitigen Ende angeordneten Spritzformungszapfen (66) eine Querschnittsverjüngung in Richtung brennraumseitiges Stirnende in Form wenigstens einer Abflachung am Zapfenumfang (62, 70, 72, 74) auf, durch die der Öffnungsquerschnitt im Spritzloch (24) während des Öffnungshubes der Ventilnadel (18) allmählich vergrößert wird.
2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, deren Düsenkörper an einem
Düsenhalter über eine Zwischenscheibe festgespannt ist,
welche mit einer Schulter an der Ventilnadel deren Ge
samthub begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß das mecha
nische Federelement eine zweite Schraubenfeder (30) ist,
welche die Schließfeder (28) der Ventilnadel (18) konzen
trisch umgibt und deren in Schließrichtung wirkende Kraft
beim Vorhub der Ventilnadel (18) an der Zwischenscheibe
(2) abgefangen ist.
3. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die zweite Schraubenfeder (30) über einen Ring
körper (46) an der Zwischenscheibe (12) abstützt, der auf
dem Druckstück (38) der Ventilnadel (18) verschiebbar ge
führt ist und mit seinem das Druckstück (38) radial über
greifenden Außenrand in Schließlage der Ventilnadel (18)
auf der Zwischenscheibe (12) aufliegt.
4. Einspritzdüse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die wenigstens eine Abflachung am Dros
selzapfen schräg zur Zapfenachse (64) gestellt ist.
5. Einspritzdüse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die wenigstens eine Abflachung am Dros
selzapfen (60a) in der Tiefe abgestuft ist.
6. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Querschnittsverjüngung am Dros
selzapfen (60a) durch mindestens zwei in Umfangsrichtung
zueinander versetzte, in unterschiedlichen Querschnitts
ebenen beginnende Abflachungen (72, 74) am Zapfenumfang
gebildet ist.
7. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Drosselzapfen (60 bzw. 60a) so
bemessen ist, daß er bei vollem Hub der Ventilnadel (18,
18a) mindestens noch ein Stück weit in das Spritzloch
(24) eintaucht und daß der der Haupteinspritzung entspre
chende End-Durchgangsquerschnitt im Spritzloch (24) durch
die wenigstens eine Abflachung (62 bzw. 72, 74) des Dros
selzapfens (60, 60a) gebildet und bestimmt ist.
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DE19873725618 DE3725618C2 (de) | 1987-08-03 | 1987-08-03 | Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen |
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DE3725618A1 DE3725618A1 (de) | 1989-02-23 |
DE3725618C2 true DE3725618C2 (de) | 2002-11-07 |
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Family Applications (1)
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