DE3818862C2 - Kraftstoffeinspritzdüse - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzdüse mit steuerbarem
Einspritzquerschnitt für luftverdichtende, vorzugsweise direkt einspritzende
Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Einspritzdüsen mit variablem Einspritzquerschnitt können den Abspritzdruck und die
Zerstäubung bei großer Mengen- und Drehzahlspreizung deutlich verbessern. Während
dieses Prinzip bei Zapfendüsen bereits große Verbreitung gefunden hat, gibt es bei den
sogenannten Lochdüsen, die insbesondere für direkteinspritzende Dieselmotoren
verwendet werden, bisher nur wenig Vorschläge, die zudem noch nicht zum Einsatz
gekommen sind. Dies liegt möglicherweise daran, daß die bisher bekannten variablen
Kraftstoffeinspritzdüsen der Lochdüsenbauart Nachteile aufweisen, die ihren Einsatz
gerade bei PKW-Dieselmotoren verhinderten. So zeigen die bekannten Ausführungen
(z. B. DE-OS 26 55 793 und 29 20 100) jeweils in Sacklöchern einmündende Spritzlöcher,
die jedoch in verschiedener Hinsicht nachteilig sind. Zum einen ermöglichen solche
Sacklöcher das nachträgliche Ausdampfen von Kraftstoff in den angeschlossenen
Brennraum der Brennkraftmaschine, was zu einer nicht unbeträchtlichen Erhöhung der
Abgasemissionen führt. Zum anderen besteht insbesondere für diejenigen Sacklöcher, die
der weiteren Reihe von Spritzlöchern zugeordnet sind und die somit zumindest bei
kleinen Lasten der Brennkraftmaschine nicht ständig von Kraftstoff durchströmt sind, die
Gefahr, daß sich dort Ablagerungen bilden, die schließlich zu einem Verstopfen der
Spritzlöcher führen können.
Dies umso mehr, als infolge des Nadelhubs der Düsennadel das Volumen dieser
Sacklöcher ständig vergrößert und verkleinert wird, sich also ein Pumpeffekt ergibt, der
für einen ständigen Zutritt von Verbrennungsgasen aus dem Brennraum sorgt.
Aus der gattungsbildenden DE 27 11 902 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse mit
steuerbarem Einspritzquerschnitt für luftverdichtende Brennkraftmaschinen mit einer von
einem über eine Kraftstoffdruckleitung zugelieferten Kraftstoffdruck gegenüber einer
Federkraft in einem Düsenkörper lastabhängig verstellbaren Düsennadel bekannt. Diese
gibt im unteren Drehzahl- und Lastbereich der Brennkraftmaschine bei kleinem Nadelhub
mindestens ein erstes Spritzloch und im oberen Drehzahl- und Lastbereich bei größerem
Nadelhub mindestens ein weiteres Spritzloch frei, wobei die beiden Spritzlöcher im
Bereich eines zwischen dem Düsenkörper und der Düsennadel gebildeten zylindrischen
Dichtspaltes einmünden und die Düsennadel einer umlaufenden Steuerkante zur
Freigabe der Spritzlöcher mit zunehmendem Nadelhub aufweist, wobei unterhalb der
Steuerkante ein sich spätestens beim Nadelhub bildendender, mit der
Kraftstoffdruckleitung verbundener, Druckraum vorgesehen ist.
Der dort gezeigte Anschlag für die Begrenzung des Ventilnadelhubes wirkt in
Öffnungsrichtung, während in Schließstellung die Ventilnadel durch eine Feder
beaufschlagt im Bereich der Spritzlöcher aufliegt. Dieser Bereich ist durch die
Spritzlöcher anfällig gegenüber Kerbwirkung, wie sie durch das schlagartige Aufsetzen
der Ventilnadel hervorgerufen werden können.
Aus DE 27 11 350 A1 ist es bekannt, einzelnen Spritzlöcher jeweils separate Dichtflächen
und Druckräume zuzuordnen.
Mehrere in Öffnungsrichtung übereinander angeordnete, lastabhängig steuerbare
Spritzlöcher sind desweiteren aus EP 0234314 A2 bekannt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine
Kraftstoffeinspritzdüse der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art zu
schaffen, die als Lochdüsenkonzeption Kerbwirkungen im die Spritzlöcher aufweisenden
Bereiche vermeidet.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist also ein den Nadelhub in Schließrichtung der Düsennadel
begrenzender Anschlag in einem oberen, von den Spritzlöchern abgewandten Bereich
der Einspritzdüse vorgesehen. Hierdurch wird der die Spritzlöcher aufweisende Bereich
wirkungsvoll von den durch das schlagartige Aufsetzen der Düsennadel verursachten
Belastungen freigestellt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
angegeben.
Hierdurch wird also wenigstens die weitere Reihe der Spritzlöcher unmittelbar in einem
zwischen dem Düsenkörper und der Düsennadel gebildeten zylindrischen Dichtspalt
gelegt, wobei die Freigabe dieser weiteren Reihe von Spritzlöchern dann direkt von einer
an der Düsennadel angeordneten umlaufenden Steuerkante bewirkt wird. Auf diese
Weise wird es möglich, die zweite Spritzlochreihe erst oberhalb eines vorgegebenen
Nadelhubs der Düsennadel zu öffnen, ohne dabei auf die Anordnung eines nachteiligen
Sackloches angewiesen zu sein. Um bei einer derartigen Anordnung für eine
ausreichende Zufuhr von unter Druck stehendem Kraftstoff zu sorgen, muß ein unterhalb
der Steuerkante vorgesehener Druckraum mit der Kraftstoffdruckleitung verbunden sein,
was zweckmäßigerweise durch in der Düsennadel angeordnete Verbindungsleitungen
erfolgen kann.
Gemäß Weiterbildung der Erfindung kann auch die erste Reihe von Spritzlöchern im
Bereich eines solchen zylindrischen Dichtspalts zwischen dem Düsenkörper und der
Düsennadel angeordnet sein, wobei die Möglichkeit besteht, entweder zwei durch einen
mit der Kraftstoffdruckleitung verbundenen Druckraum getrennte Dichtspalte oder aber
einen gemeinsamen Dichtspalt vorzusehen, an dem dann die beiden Spritzlochreihen
mit axialem Abstand übereinanderliegend angeordnet sein können.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer
Darstellungsweise gezeigt, die im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt in
der einzigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Kraftstoffeinspritzdüse mit zwei an einer zylindrischen Dichtfläche
übereinanderliegenden Spritzlochreihen.
In Fig. 1 ist mit 1 die Kraftstoffeinspritzdüse insgesamt bezeichnet, die im wesentlichen
aus einem in einem hier nicht gezeigten Düsenhalter gehaltenen Düsenkörper 2 und
einer darin axial verschiebbar geführten Düsennadel 3 besteht. In dem in der Zeichnung
unteren, in einen hier nicht gezeigten Brennraum einer luftverdichtenden, direkt
einspritzenden Brennkraftmaschine einmündenden Teil des Düsenkörpers 2 sind zwei
Reihen von Spritzlöchern 4 und 5 angebracht, durch die Kraftstoff in den
angeschlossenen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.
Während dabei der Kraftstoff durch die in der Fig. 1 untere, erste Reihe von
Spritzlöchern 4 ständig, d. h. auch bei niedrigen Lasten der Brennkraftmaschine und im
Leerlauf eingespritzt wird, wird die obere Reihe von Spritzlöchern 5 nur während
größerer Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine zur Abspritzung von Kraftstoff
mit herangezogen.
Die beiden Reihen von Spritzlöchern 4 und 5 werden dazu von einer Steuerkante 9 der
Düsennadel 3 freigegeben, die hier durch die in der Zeichnung untere Stirnfläche der
Düsennadel 3 gebildet ist. Dabei verbindet diese Steuerkante 9 die beiden Reihen von
Spritzlöchern 4 und 5 in Abhängigkeit von dem jeweiligen, lastabhängig sich
ausbildenden Nadelhub der Düsennadel 3 mit einem sich unterhalb der Steuerkante 9
bildenden Druckraum 10, der über eine in der Düsennadel 3 vorgesehene Längsbohrung
11 sowie eine Querbohrung 12 mit einem Ringraum 13 verbunden ist, der seinerseits an
eine Zulaufbohrung 14 angeschlossen ist, über die unter Druck stehender Kraftstoff von
einer hier nicht näher gezeigten Kraftstoffpumpe zugeführt wird. Der über diese
Zulaufbohrung 14 zugeführte Kraftstoff ist abhängig von der jeweiligen Belastung der
Brennkraftmaschine. Da dieser lastabhängige Kraftstoffdruck die Düsennadel 3
entgegen der Wirkung von hier nicht gezeigten Schließfedern in Öffnungsrichtung
beaufschlagt, ergibt sich somit ein lastabhängiger Hub der Düsennadel. Durch
entsprechende Ausbildung und Bemessung der Schließfedern bzw. durch Anordnung
einer an sich bekannten variablen Nadelhubbegrenzung sowie durch entsprechend
angepaßte Anordnung der beiden Reihen von Spritzlöchern 4 und 5 ergibt sich dann die
Möglichkeit, die in der Zeichnung obere, weitere Reihe von Spritzlöchern 5 nur nach
Überschreitung einer vorgegebenen Belastung der Brennkraftmaschine zur Abspritzung
des Kraftstoffes freizugeben.
Die beiden Reihen von Spritzlöchern 4 und 5 münden bei der in der Zeichnung
gezeigten Ausführung mit axialem Abstand voneinander in einen zylindrischen Dichtspalt
6, der zwischen den mit einer entsprechenden Dichtpassung versehenen Durchmessern
der Bohrung 7 des Düsenkörpers 2 sowie des Schaftes 8 der Düsennadel 3 gebildet ist.
Diese Dichtpassung ist so gewählt, daß in dem in der Zeichnung gezeigten
Schließzustand kein Kraftstoff zu den Spritzlöchern 4, 5 gelangt, also weder von dem
Druckraum 10 noch von dem Ringraum 13 her. Selbstverständlich könnte auch
vorgesehen sein, daß die beiden Reihen von Spritzlöchern 4 und 5 im Bereich zweier
voneinander axial getrennter Dichtspalte angeordnet sind, wobei dann zwischen diesen
beiden Dichtspalten ein weiterer, beispielsweise in Form einer Ringnut der Düsennadel 3
gebildeter Druckraum vorgesehen sein muß, der durch eine Querbohrung mit der
Längsbohrung 11 zur Zufuhr von unter Druck stehendem Kraftstoff zu verbinden ist.
Wie aus der Fig. 1 der Zeichnung weiter hervorgeht, liegt die Düsennadel 3 in dem in
der Zeichnung gezeigten Schließzustand mit einer Schulter 16 auf einem als Nadelsitz
dienenden ringförmigen Anschlag 15 auf, der im Gegensatz zu den bisher üblichen
Ausbildungen nicht in dem durch Kerbwirkung der Spritzlöcher und höhere
Temperaturen geschwächten Kuppenbereich des Düsenkörpers, sondern in dem
oberhalb des Ringraums 13 liegenden weniger empfindlichen Bereich des Düsenkörpers
angeordnet ist.
Die Hubsteuerung der Düsennadel 3 kann über Düsenhalter mit variabler
Nadelhubbegrenzung, über eine stark progressive Schließfeder oder aber über zwei bei
unterschiedlichen Nadelhüben zur Wirkung kommende Schließfedern mit deutlichem
Kraftsprung erfolgen. Bei den beiden letzteren Varianten steigt der Nadelhub nur bei
großen Kraftstoffdrücken und -mengen entsprechend an. Bei Fertigungsproblemen im
Zusammenhang mit den bei der Ausführung nach der Fig. 1 oberhalb und unterhalb
des Ringraums 13 zwischen dem Düsenkörper 2 und der Düsennadel 3 vorgesehenen
zylindrischen Passungen kann die Nadel auch zweiteilig mit einer Verbindungsstelle im
Bereich des Ringraums 13 ausgeführt werden.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß die in der Zeichnung gezeigte Ausführung den
Erfindungsgegenstand nicht beschränken soll, sondern daß vielmehr eine Vielzahl von
Varianten denkbar sind, die den wesentlichen Gedanken der vorliegenden Erfindung
beinhalten. Dieser besteht vor allem darin, daß zumindest die zweite Reihe von
Spritzlöchern, in der Zeichnung mit 5 bezeichnet, im Bereich eines zylindrischen
Dichtspaltes 6 einmündet und von einer an der Düsennadel angeordneten Steuerkante
erst nach Überschreitung eines vorgegebenen Nadelhubes freigegeben wird. Die
Kraftstoffzufuhr erfolgt dann über einen unterhalb der Steuerkante angeordneten
Druckraum, der mit der den unter Druck stehenden Kraftstoff zuführenden
Zulaufbohrung 14 beispielsweise über in der Düsennadel angeordnete
Verbindungsleitungen verbunden ist. Denkbar wäre allerdings auch eine Verbindung des
Druckraumes mit der Zulaufbohrung über eine in dem Düsenkörper verlegte
Druckleitung. Die Angabe "unterhalb" in bezug auf die Anordnung des Druckraumes im
Verhältnis zu der Steuerkante ist dabei im Zusammenhang mit der Richtung des
Öffnungshubes der Düsennadel zu sehen, der bei den in der Zeichnung gezeigten
Ausführungen jeweils nach oben erfolgt. Bei umge
kehrter Richtung des Öffnungshubes
der Düsennadel müßte dann die Anordnung des Druckraumes bezogen auf die
Steuerkante der Düsennadel umgekehrt sein.
Claims (3)
1. Kraftstoffeinspritzdüse mit steuerbarem Einspritzquerschnitt für luftverdichtende, vor
zugsweise direkt einspritzende Brennkraftmaschinen mit einer von einem über eine
Kraftstoffdruckleitung zugelieferten Kraftstoffdruck entgegen einer Federkraft in
einem Düsenkörper lastabhängig verstellbaren Düsennadel, die im unteren Drehzahl-
und Lastbereich der Brennkraftmaschine bei kleinem Nadelhub mindestens ein erstes
Spritzloch und im oberen Drehzahl- und Lastbereich bei größerem Nadelhub minde
stens ein weiteres Spritzloch freigibt, wobei die beiden Spritzlöcher im Bereich eines
zwischen dem Düsenkörper und der Düsennadel gebildeten zylindrischen Dichtspaltes
einmünden,
und die Düsennadel eine umlaufende Steuerkante zur Freigabe der Spritzlöcher mit
zunehmendem Nadelhub aufweist, wobei unterhalb der Steuerkante ein sich späte
stens beim Nadelhub bildender, mit der Kraftstoffdruckleitung verbundener Druck
raum vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß ein den Nadelhub in Schließrichtung der Düsennadel (3)
begrenzender Anschlag (15) in einem oberen, von den Spritzlöchern (4, 5) abge
wandten Bereich der Einspritzdüse (1) vorgesehen ist.
2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine
Reihe von ersten und weiteren Spritzlöchern (4 und 5) im Düsenkörper (2) angeordnet
sind.
3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Reihen von Spritzlöchern (4, 5) jeweils in axial getrennte Dichtspalte einmünden,
welche durch einen mit der Kraftstoffdruckleitung verbundenen Druckraum voneinan
der getrennt sind, wobei die Düsennadel getrennte Steuerkanten zur nadelhubab
hängigen Freigabe der beiden Reihen von Spritzlöchern aufweist und daß jeweils
unterhalb der Steuerkanten mit der Kraftstoffdruckleitung verbundene Druckräume
vorgesehen sind.
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