DE3844373A1 - Verfahren und vorrichtung zum einstellen eines definierten duesenoeffnungsdruckes eines einspritzventils - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen eines definierten Öffnungs­ druckes eines Einspritzventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Einspritzsysteme bekannt, bei denen die Vor­ spannkraft der Feder durch eine zusätzliche Vorspann­ kraft aus einem Hydraulikdruck eines separaten Druck­ systems überlagert wird. Des weiteren sind Systeme be­ kannt, bei denen die Vorspannkraft auf die Düsennadel, abhängig von Motorparametern so gesteuert wird, daß sich der Düsenöffnungsdruck entsprechend ändert. Auch sind Systeme bekannt, bei denen die Vorspannfedern durch eine rein hydraulische Vorspannung ersetzt wird.

Als nachteilig bei diesen bekannten Systemen hat sich herausgestellt, daß bei einem Ausfall des Hydraulik­ drucks das Einspritzsystem nur noch mangelhaft arbei­ tet, bzw. der Motor nicht gestartet werden kann, wenn sich kein hydraulischer Druck aufgebaut hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfah­ ren sowie eine Vorrichtung für ein Einspritzsystem ei­ ner Brennkraftmaschine zu schaffen, durch das bei einem Ausfall bzw. bei einem anfänglichen ungenügenden Druck im Hydrauliksystem trotzdem ein ausreichender Düsen­ öffnungsdruck zum Betrieb der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bis 9 gelöst. Vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, daß das mechanische Federsystem das hydraulische Drucksystem ergänzt, derart, daß die Dü­ sennadel einerseits über das mechanische Federsystem konventionell arbeiten kann, andererseits aber bei ei­ nem Vorhandensein eines hydraulischen Minimaldruckes, das mechanische Federsystem außer Wirkung kommt, so daß eine Abhängigkeit dahingehend, daß die Systeme so zu­ sammenarbeitend einen optimalen Düsenöffnungsdruck er­ zielen, nicht besteht.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist des weiteren so ausgelegt, daß das mechanische System bei Arbeiten des hydraulischen Systems nicht nur außer Wirkung kommt, sondern stillgesetzt wird. Auch kann das mechanische Federsystem bei einem Ausfall oder Abfall des Hydrau­ likdruckes unter den Minimaldruck zum Einsatz kommen.

Genauso tritt das mechanische Federsystem ein, wenn anfangs beim Anfahren des Motors noch kein genügender Druck aufgebaut ist. Dann wird mit zunehmendem Hydrau­ likdruck die Düsennadel mit einem abnehmenden Feder­ druck beaufschlagt.

Damit sowohl das mechanische Federsystem als auch das hydraulische Drucksystem auf die Düsennadel wirken kann, ist zwischen der Düsennadel und dem mechanischen Federsystem ein Hydraulikkolben angeordnet, der von einer Feder und dem Hydraulikdruck beaufschlagbar ist.

Die hydraulischen Arbeitsflächen sind den gewünschten Arbeitsweisen hinsichtlich der Federwirkung und der hydraulischen Druckwirkung in Bezug auf den Düsenöff­ nungsdruck auslegbar. Vorzugsweise wird angestrebt, die Arbeitsflächen so auszulegen, daß die Hydraulik bei ihrem Minimaldruck die der Feder entsprechende Kraft bereits aufbringt.

Durch die Kennlinie der Druckfeder und den Durchmes­ serauslegungen des Hydraulikkolbens zur Düsennadel er­ gibt sich entweder eine rein hydraulische Arbeitsweise mit niedrigem Öffnungsdruck oder eine Arbeitsweise mit hohem Öffnungsdruck.

Um eine verbesserte Einspritzqualität zu erzielen, ist es insbesondere bei Teillast erforderlich, den Ab­ spritzdruck zu erhöhen, was durch eine Dämpfung der Düsennadel beim Öffnen erzielt wird. Hierzu ist im Be­ reich des hydraulischen Arbeitsraumes ein Ringspalt vorgesehen, durch das das von der Düsennadel in den Arbeitsraum zurückgedrängte Medium teilweise fließt.

Ein Ausführungsbeispiel eines Einspritzventils nach der Erfindung ist in der Zeichnung im Schnitt dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Das Einspritzventil 1 umfaßt einen Düsenkörper 2, der mit einem Düsenhalter 3 verbunden ist, in dem eine Dü­ sennadel 4 verschiebbar geführt wird. Diese ist koaxial zu einem mechanischen Federsystem 5 mit einer Druckfe­ der 6 angeordnet, die über einen Druckbolzen 7, unter Zwischenschaltung eines Hydraulikkolbens 8 mit der Dü­ sennadel 4 in Wirkverbindung steht.

Im zusammentreffenden Bereich des Hydraulikkolbens 8 mit der Düsennadel 4 ist ein Arbeitsraum 9 gebildet. Dieser ist teilweise innerhalb einer Zwischenplatte 10 und dem Düsenkörper 2 angeordnet und mit einer Leitung 11 eines hydraulischen Drucksystems 12 verbunden. Über eine Kraftstoffleitung 13 a, die mit einer Einspritz­ pumpe 13 verbunden ist, wirkt Kraftstoff auf eine Ringfläche 14, gebildet aus den Durchmessern D ₁ und D ₂ der Düsennadel. Die Düsennadel 4 sowie der Hydraulik­ kolben 8 weisen an ihren gegenüberstehenden Enden je­ weils zum Grundkörperdurchmesser kleinere Druckzapfen 15, 16 mit Berührungsflächen auf, die sich im Arbeits­ raum 9 treffen.

Die Düsennadel 4 ist gegenüber der Platte 10 mit einem axialen Spiel S ₁ geführt, das kleiner ist als das axi­ ale Spiel S ₂ des Hydraulikkolbens 8 gegenüber seiner Abstützfläche 17 im Düsenkörper 2.

Der Durchmesser D ₂ der Düsennadel 4 entspricht dem D ₄ des Hydraulikkolbens 8 oder ist größer ausgelegt.

Nachfolgend wird das Wirkungsprinzip erläutert.

Die Düsennadel 4 hat mit dem Spiel S ₁ einen Anschlag an der Platte 10. Diese bildet mit dem Düsenkörper 2 einen Drosselspalt S ₃, derart, daß eine Dämpfung an der Dü­ sennadel 4 bei einer Öffnung auftritt und gleichzeitig die Beaufschlagung mit Hydraulikmedium aus der Leitung 11 rotationssymmetrisch auf die Düsennadel 2 erfolgt. Für den Druckzapfen 16 mit einem Berührungsdurchmesser D ₃ steht der Hydraulikkolben 8 in Verbindung. Dieser hat das Anschlagspiel S ₂, das in jedem Fall größer ist als das Anschlagspiel S ₁. Mit dem Hydraulikkolben 8 steht der Druckbolzen 7 in Wirkverbindung, der leicht­ gängig geführt ist, wobei eine Drossel 18 und eine Entleerungsnut 19 zur leichten Abfuhr von Lecköl, aber auch zur ausreichenden Dämpfung eingearbeitet ist. Auf den Federteller 20 des Druckbolzens 7 wirkt - wie üb­ lich - die Druckfeder 6, die ihrerseits mit einem Fe­ deranschlag 21 in Verbindung steht. Hier kann mecha­ nisch der Abspritzdruck eingestellt werden. Eine Nut 22 erledigt über eine Bohrung 23 die Abfuhr des Lecköls. Während über die Öffnung 24 das Hydrauliköls zugeführt wird, erreicht durch eine Öffnung 25 der einzusprit­ zende Kraftstoff den Düsenraum 30 des Einspritzventils 1. Bei Einspritzbeginn wirkt der Kraftstoff auf die Ringfläche 14, gebildet aus den Durchmesser D ₁ und D ₂ des Grundkörpers der Düsennadel 4. Beim gewünschten, minimalen Abspritzdruck steht dieser hydraulischen Kraft die Federkraft F gleichgewichtig gegenüber. Im Fall der reinen hydraulischen Steuerung wirkt die Kraft durch den Hydraulikdruck aus der Öffnung 24 auf den Nadelventilquerschnitt mit dem Durchmesser D ₂. Der Hy­ draulikkolben 8 wird, da sein Wirkdurchmesser D ₄ gleich oder größer ist als der Nadeldurchmesser D ₂, abgehoben und kommt über den Spalt S ₁ zum Anschlag an der Platte 10 und somit zur Ruhestellung.

Für den Fall des Motorbetriebes bei eintretendem Aus­ fall der Hydraulik übernimmt das hydraulische System übergangslos die Steuerung mit einem Minimaldruck. Startet der Motor ohne Hydraulikdruck, so wird übergangsweise die Düsennadel 4 mit einem zunehmenden Hydraulik- und einem abnehmenden Federdruck beauf­ schlagt. Je nach Kennlinie der Feder 6 und der Durch­ messerauslegung D ₄ zu D ₂ ergibt sich eine rein hydrau­ lische Arbeitsweise mit niedrigerem oder auch höherem Öffnungsdruck. Vorzugsweise wird angestrebt, die vor­ genannten Größen so auszulegen, daß die Hydraulik bei ihrem Minimaldruck die der Feder entsprechende Kraft bereits aufbringt.

Claims (9)

1. Verfahren zum Einstellen eines definierten Düsen­ öffnungsdruckes eines Einspritzventils einer Kraftstoff-Einspritzanlage für eine Brennkraftma­ schine, die eine Einspritzpumpe mit dem Einspritz­ ventil umfaßt, das eine in einem Düsenhalter ange­ ordnete Düsennadel aufweist, welche über einen Druckbolzen unter der Spannung eines mechanischen Federsystems steht, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Federsystem (5) in Abhängigkeit von einem hydraulischen Drucksystem (12) auf die Dü­ sennadel (4) wirkt und diese entweder über das hy­ draulische Drucksystem (12) oder über das mecha­ nische Federsystem (5) zur Erzielung des Düsenöff­ nungsdruckes (P _Ö ) beaufschlagbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenöffnungsdruck (P _Ö ) der Düsennadel (4) anfänglich über das mechanische Federsystem (5) und mit einem zunehmenden Hydraulikdruck (P _H ) im System (12) der Federdruck (P _F ) abnehmend ist und die Düsennadel (4) allein über den Hydraulikdruck (P _H ) beaufschlagbar ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Düsenhalter (3) zwischen der Düsennadel (4) und dem Druckbolzen (7) des mechanischen Federsy­ stems (5) ein Hydraulikkolben (8) angeordnet ist, der einerseits von der Druckfeder (6) beaufschlag­ bar und andererseits mit der Düsennadel (4) über das hydraulische Drucksystem (12) mit dem Druck (P _H ) ansteuerbar ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden hydraulischen Arbeitsflächen (26, 27) des Kolbens (8) mit dem Durchmesser (D ₄) und der Dü­ senadel (4) mit dem Durchmesser (D ₂) unterschied­ lich groß ausgeführt sind, derart, daß die Düsen­ nadel (4) unabhängig von der Vorspannung des me­ chanischen Federsystems (5) mit einem hydraulischen Minimaldruck beaufschlagbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchmesser (D ₂) des Grundkörpers der Düsennadel (4) gleich oder größer als der Durch­ messer (D ₄) des Hydraulikkolbens (8) ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Drucksystem (12) eine in einen Ar­ beitsraum (9) zwischen den hydraulischen Arbeits­ flächen (27 und 26) der Düsennadel (4) und dem Hy­ draulikkolben (8) einmündende Leitung (11) umfaßt und der Arbeitsraum (9) innerhalb einer Platte (10) zwischen dem Düsenkörper (2) und dem Düsenhalter (3) sowie in diesem vorgesehen ist und in welchem Druckzapfen (15, 16) der gegenüberstehenden Enden des Hydraulikkolbens (8) und der Düsennadel (4) hineinragen und als hydraulische Arbeitsflächen wirkende Berührungsflächen bilden.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (11) des hydraulischen Drucksystems (12) in einem Drosselspalt (28) zwischen der Platte (10) und dem Düsenhalter (3) einmündet, der mit dem Arbeitsraum (9) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (4) mit ihrem im Düsenhalter (3) ge­ führten zylindrischen Grundkörper mit einem axi­ alen Spiel (S ₁) zur Platte (10) gehalten ist, das kleiner ist als das axiale Spiel (S ₂) zwischen dem Hydraulikkolben (8) und einer abgekehrten An­ schlagfläche (17) im Düsenhalter (3).

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen dem Hydraulikkolben (8) und der Druckfeder (6) des mechanischen Federsystems (5) ein geführter Druckbolzen (7) mit einem Federteller (20) ange­ ordnet ist, der eine Entleerungsnut (19) mit Dros­ seln (18) umfaßt und die Nut (19) in einem Feder­ raum (29) einmündet, der über eine weitere Nut (22) in einem Federanschlag (21) mit einer nach außen führenden Leckölleitung (23) verbunden ist.