DE3900762A1 - Kraftstoffeinspritzduese mit hohlem ausweichkolben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse, insbe­ sondere Pumpedüse, mit einer im Schließsinne federbelasteten Düsennadel, bei welcher der Druckraum vor dem Sitz der Düsen­ nadel mit einem von einem federbelasteten Ausweichkolben begrenzten Speicherraum in Verbindung steht, wobei der Ausweich­ kolben im Düsennadelfederraum angeordnet ist, die Düsennadel­ feder übergreift und mit einem hydraulischen Dämpfungsglied zusammenwirkt und wobei weiters die Düsennadel an ihrem oberen Ende eine mit einem raumfesten Absatz zusammenwirkende Anschlag­ schulter und einen Druckzapfen aufweist, der von dem raumfesten Absatz umgeben ist.

Eine solche Kraftstoffeinspritzdüse, beschrieben in der EP-OS 267 177 und in der EP-OS 277 939, ermöglicht die Unter­ teilung des Einspritzvorganges in eine Vor- und Haupteinsprit­ zung. Das sehr diffizile Problem der Gewährleistung eines günstigen Einspritzverlaufes bei verschiedenen Betriebsbe­ dingungen ist dort durch die Dämpfung der Bewegung des Ausweich­ kolbens im Prinzip gelöst, doch bestehen noch einige Umzu­ kömmlichkeiten.

Bei einer Pumpedüse nach dem Stand der Technik werden relativ häufig Störungen des Einspritzverlaufes beobachtet. Manchmal öffnet der Ausweichkolben zu spät, manchmal beginnt die Vor­ einspritzung zu spät und liefert eine zu geringe Menge, manch­ mal bleibt sie ganz aus. Es wird angenommen, daß diese Störungen durch statistische Schwankungen des Verlaufes des Förderdruckes der Pumpe und des dynamischen Öffnungsdruckes der Ventilnadel entstehen, z. B. wenn die Ventilnadel bei Erreichen des dyna­ mischen Öffnungsdruckes des Ausweichkolbens noch nicht geöffnet hat. Eine Erhöhung dieses Öffnungsdruckes würde Abhilfe schaf­ fen, ist aber nicht möglich, weil die Voreinspritzung dann zu lange dauern würde. Dem wäre nur durch eine schwächere Dämpfung des Ausweichkolbens zu begegnen, dadurch aber würde die Voreinspritzmenge bei niederer Drehzahl wieder zu gering und bei hoher Drehzahl zu groß sein. Das letztere ist aus verbrennungsdynamischen Gründen unerwünscht und tritt auch schon ohne Erhöhung des dynamischen Öffnungsdruckes des Aus­ weichkolbens auf. Bei hoher Drehzahl und Vollast geht dort die Voreinspritzung ohne Einspritzpause in die Haupteinspritzung über.

Da beim Abheben der Düsennadel das Volumen des Druckraumes plötzlich zunimmt, sinkt bei niedriger Drehzahl zunächst der Einspritzdruck ab, so daß bei dem aus den weiter oben erwähnten Gründen niedrigen dynamischen Öffnungsdruck des Ausweichkolbens die Voreinspritzung zu gering ist.

Zur Optimierung des Verbrennungsverlaufes ist es jedoch wün­ schenswert, daß die Voreinspritzmengen bei allen Drehzahlen und Lastzuständen näherungsweise gleich und die Dauer der Voreinspritzung und die Einspritzpause in °KW bei allen Dreh­ zahlen näherungsweise gleich sind.

Diese Idealverhältnisse sind als Verbrennungsverfahren in der DE-OS 37 35 169 beschrieben, jedoch ohne jeglichen Hinweis auf dessen Realisierung.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, die gattungsgemäße Ein­ spritzdüse so zu verbessern, daß (unabhängig von Betriebs­ zuständen oder Streuungen) eine konstante Voreinspritzmenge und ein optimaler Zeitverlauf der Einspritzung erreichbar ist.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der raumfeste Absatz mit dem Druckzapfen eine Drosselöffnung bildet.

Durch die Drosselöffnung zwischen Düsenfederkammerwand und Druckzapfen wird der bei niederer Drehzahl besonders starke Abfall des Einspritzdruckes durch das Öffnen der Düsennadel vermindert, was zu einer Erhöhung der Einspritzmenge in der ersten Phase der Voreinspritzung (zwischen Öffnen der Ventil­ nadel und Öffnen des Ausweichkolbens) führt, was eine Verrin­ gerung der auf den Ausweichkolben wirkenden Dämpfung gestattet. Dadurch wird die Dauer der Voreinspritzung, vor allem bei höherer Drehzahl, vermindert, was zu einer im ganzen Drehzahl­ bereich etwa gleich langen Einspritzpause führt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Querschnitt der Drosselöffnung zwischen Düsenfederkammerwand und Druckzapfen hubabhängig gestaltet, wodurch auch die Drossel­ wirkung vom Hub der Düsennadel abhängig wird. Dadurch kann der Einspritzverlauf durch ein wählbares Zeitgesetz geformt werden, was durch einen einfachen Bearbeitungsschritt geschehen kann.

Im Sinne der Aufgabenstellung ist es besonders vorteilhaft, auf dem Absatz eine schmale Drossellippe auszubilden und den Querschnittsverlauf des Druckzapfens so zu wählen, daß die stärkste Dämpfung nur ganz am Anfang des Nadelhubs auftritt. So wird die Hubbewegung der Düsennadel nur in der ersten Phase der Voreinspritzung verzögert, bei der Haupteinspritzung jedoch fast nicht mehr, was sich auf den Verlauf der letzteren günstig auswirkt.

Durch die unsymmetrische Gestaltung der Drossellippe oder des Druckzapfens kann die Drosselwirkung sogar richtungsabhängig gemacht werden. Das bedeutet, daß die Düsennadel nach der Voreinspritzung schnell schließt, was zu einer langen Einspritz­ pause führt.

Weiters ist es möglich, auch die Dämpfung des Ausweichkolbens wegabhängig zu machen, wobei dessen hohle Gestalt praktisch ist. Wenn die Drosselung nur am Beginn des Ausweichkolben­ hubes stark ist und dann schwach, erzielt man in der zweiten Phase der Voreinspritzung einen fülligeren Einspritzverlauf ohne Verlängerung der Voreinspritzdauer, ganz im Sinne der Aufgabenstellung. Wenn man in einer Weiterbildung den Mantel des Ausweichkolbens mit einer Steuerbohrung versieht, die erst nach einem bestimmten Anfangshub öffnet, so wirkt bei geeigneter Auslegung während des Anfangshubes die volumetrische Elastizität der im Düsennadelfederraum enthaltenen Flüssigkeit dämpfend. Damit hat man ein weiteres Instrument zur Formung des Einspritzverlaufes zur Verfügung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrie­ ben, wobei:

Fig. 1 Längsschnitt durch den Mittelteil einer erfindungs­ gemäßen Pumpedüse,

Fig. 2 Detail B in Fig. 1 vergrößert,

Fig. 3 Variante des Details B.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 stellt (1) die Pumpenkolben­ büchse, (2) den Düsenkörper mit der Düsennadel (3), und (4) die Düsennadelfeder dar, welche in einem Federgehäuse (5) angeordnet ist. (6) ist der Ausweichkolben.

Der Ausweichkolben (6) weist einen die Düsennadelfeder (4) umgebenden Mantel (7) auf, der über eine Steueröffnung (8) und gegebenenfalls eine Steuernut (9) verfügt, die mit einer Öffnung (10) des Federgehäuses (5) zusammenwirkt. Es verdient Erwähnung, daß die besondere Gestalt des Ausweichkolbens diesen besonders leicht macht, seine Massenträgheit ist daher gering. Die Steueröffnungung (8) gibt die Öffnung (10) erst nach einem Anfangshub (11) des Ausweichkolbens frei. Bis dahin wirkt die volumetrische Elastizität der Flüssigkeit im Federraum (12) als Dämpfung.

In dem Federgehäuse (5) stellt die Düsennadelfeder (4) eine Kraftverbindung zwischen dem Ausweichskolben (6) und einem Federteller (21) her. Dieser stützt sich auf der Düsennadel (3) ab. Von dieser ist nur der obere Teil dargestellt, der aus einer Anschlagschulter (22) besteht, an die sich oben ein Druckzapfen (23) anschließt. Dieser Druckzapfen (23) durch­ dringt eine Zwischenplatte (24), die unten einen raumfesten Absatz (26) und oben eine Drossellippe (25) aufweist. Der raumfeste Absatz (26) wirkt mit der Anschlagschulter (22) zusammen, die Drossellippe (25) mit einer Anfasung (27) des Druckzapfens (23). Bei der Aufwärtsbewegung der Düsennadel (3) wird der Kraftstoff aus dem Raum (28) zwischen Drossellippe (25) und Anfasung (27) hindurchgepreßt, wodurch die für die Lösung der Aufgabe wesentliche Drosselung entsteht.

In der Ausführung der Fig. 1 ist die Lage der Anfasung (27) so gewählt, daß die größte Dämpfungswirkung in der gezeigten Stellung beim Beginn der Düsennadelbewegung am größten ist und dann nachläßt. Weiter unten werden zwei Varianten zur Ausbildung dieser Drosselstelle beschrieben.

Die Fig. 3 zeigt eine Variante der Düsennadelhubdämpfung. Die Drossellippe (25′) ist mit zylindrischem Innenrad ausge­ bildet, die Anfasung (27) des Druckzapfens (23) aber unsymme­ trisch, der Übergang (30) bildet eine scharfe Kurve, der Übergang (31) ist verlaufend. Dadurch ist die Drosselwirkung von der Bewegungsrichtung der Düsennadel abhängig. Beim Schließen der Düsennadel ist die Dämpfung nicht erwünscht, wegen Kavi­ tationsgefahr für den Raum (28) kann sie sogar schädlich sein. In der Variante der Fig. 2 wird derselbe Effekt auf umgekehrtem Weg erhalten. Die Anfasung (27) des Druckzapfens (23) ist symmetrisch, jedoch ist die Dichtlippe (25′′) auf einer Seite durch die Ebene (33) und auf der anderen durch die Kegelfläche (32) begrenzt.

Bei der Gestaltung der Drosselstellen besteht im Rahmen der Erfindung große Freiheit, durch handwerklich geläufige Maßnahmen das Drosselverhalten einzustellen und in der gewünschten Weise vom Hub bzw. von der Bewegungsrichtung abhängig zu machen. Es ist natürlich auch möglich, den Druckzapfen (23) unter Verzicht auf die Anfasung (27) drehsymmetrisch zu profi­ lieren.

Bezüglich der Funktion wird auf die gleichzeitige Anmeldung derselben Anmelderin verwiesen.

Claims (7)

1. Kraftstoffeinspritzdüse, insbesondere Pumpedüse, mit einer im Schließsinne federbelasteten Düsennadel (3), bei welcher der Druckraum vor dem Sitz der Düsennadel mit einem von einem federbelasteten Ausweichkolben (6) begrenzten Speicher­ raum in Verbindung steht, wobei der Ausweichkolben (6) im Düsennadelfederraum angeordnet ist, die Düsennadelfeder übergreift und mit einem hydraulischen Dämpfungsglied (10, 11; 17, 18 19) zusammenwirkt und wobei weiters die Düsennadel (3) an ihrem oberen Ende eine mit einem Absatz (26) zusammenwirkende Anschlagschulter (22) und einen Druckzapfen (23) aufweist, der von dem raumfesten Absatz (26) umgeben ist, dadurch gekennzeich­ net, daß der raumfeste Absatz (26) mit dem Druck­ zapfen (23) eine Drosselöffnung bildet.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Drosselöffnung zwischen Druckzapfen (23) und raumfestem Absatz (26) vom Hub der Düsennadel (3) abhängt.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der raumfeste Absatz (26) eine schmale Drossellippe (25′, 25′′) bildet und der Druckzapfen (23) entsprechend dem gewünschten Drosselungs­ verlauf angefast oder drehsymmetrisch profiliert ist.

4. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Drosselöffnung bei Hubbeginn am geringsten ist.

5. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossellippe (25′, 25′′) oder Anfasung (27, 30, 31) oder Profil des Druckzapfens (23) in Bewegungsrichtung unsymmetrisch sind.

6. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausweichkolben (6) an seiner dem Speicherraum (34) abgekehrten Seite einen Mantel (7) aufweist, der eine Dämpfungskammer (16) begrenzt und über eine Steueröffnung (8) und/oder Steuer­ nut (9) verfügt, die mit einer Öffnung (10) des Federgehäu­ ses zusammenwirkt.

7. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (10) im Federgehäuse (5), die Steueröffnung (8) und/oder Steuer­ nut (9) erst nach einem bestimmten Hub (11) des Ausweich­ kolbens (6) zusammenwirken.