DE3937918A1 - Einspritzvorrichtung fuer selbstzuendende brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzvorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff von Anspruch 1.

Ein wirksames Mittel zur akustischen Entschärfung des Ver­ brennungsgeräusches an Dieselmotoren ist die Verwirklichung der sogenannten Voreinspritzung. Gelangen in diesem Zusammen­ hang Einspritzanlagen zum Einsatz deren Kraftstoffversorgung mit konventionellen, von der Nockenwelle des Motors ge­ triebenen Einspritzpumpen - Wirkprinzip Verdrängerkolben - bestritten wird, treten folgende Schwierigkeiten auf. Die jeweils vergleichsweise lange Verbindungsleitung zwischen Pumpenelement und Düse besitzt neben ihrem druckabhängigen Volumenspeichervermögen (in Folge der Volumenkompressibilität des Kraftstoffes) zugleich auch das übliche wellenmechanisch bestimmte Übertragungsverhalten als Antwort auf die schnelle Volumeneinprägung des Kraftstoffes. Reichlich bemessener Hub des Pumpenelementkolbens trägt zwar dem Volumenspeicherver­ mögen der Einspritzleitung Rechnung, vermag jedoch nicht die nachteiligen Folgen des Zeitverzuges der Einspritzvolumen- Verfügbarkeit infolge der endlichen, mit Schallgeschwindig­ keit stattfindenden Druckausbereitung in der Leitung auszu­ schließen.

Zur Unterteilung des Einspritzvorganges in eine Vor- und eine Haupteinspritzung ist es nach DE-OS 35 16 537 bekannt, von einer Reiheneinspritzpumpe ausgehend zwei Einspritzleitungen unterschiedlicher Länge vorzusehen. Eine erste Einspritzleitung führt direkt zu einer Dosierventileinheit mit Zylinder und Kolben, während eine zweite Einspritzleitung unmittelbar vor der Dosierventileinheit abzweigt und über ein Rückschlagventil in eine von der Dosierventileinheit kommende und zum Einspritz­ ventil führende Leitung einmündet. Durch die längere erste Einspritzleitung wird bei Förderbeginn der Kolben der Dosier­ ventileinheit verschoben und entsprechend dem Zylindervolumen eine dosierte Brennstoffmenge voreingespritzt. Bedingt durch die Verlängerung der ersten Einspritzleitung um die zweite Einspritzleitung erfolgt die Haupteinspritzung um die Lauf­ zeit zeitlich verzögert. Um Rückwirkungen zu vermeiden ist in die zweite Einspritzleitung ein Rückschlagventil eingebaut. Ein Nachteil einer derartigen Vorrichtung ist das Fehlen einer flexiblen, externen Steuerbarkeit von Menge und zeitlichem Beginn von Vor- und Haupteinspritzung und das Volumenspeicher­ vermögen der Einspritzleitungen, da der Brennstoff bei den hohen Drücken nicht mehr als inkompressibel behandelt werden kann.

Einspritzanlagen, bei denen diese Steuerbarkeit, allerdings nur für die Realisierung einer Haupteinspritzung mit Hilfe zweier elektromagnetisch betätigter Bypassventile realisiert wird, sind ferner aus einer Informationsschrift von KHD 1985 bekannt. Mit einem dieser Ventile - in Nähe eines Pumpenelementes installiert - wird mit dem Einleiten der Ventilschließphase der Druckaufbau in der Einspritzleitung gestartet (mit der Folge des Kraftstoffab­ spritzens in den Brennraum), während ein zweites Ventil - in Düsenhalternähe befindlich - durch Öffnen eines Bypasspfades dazu dient, einen Druckzusammenbruch an der Einspritzdüse mit der Folge des Abbruches des Einspritzvorganges herbeizuführen. Eine elektronische Steuerung sorgt für eine entsprechende Steuerung vom Beginn und Ende der, pro Arbeitsspiel einmaligen Einspritzung. Wird mit dem pumpenelementnahen Bypassventil der zugeordnete Bypasspfad geschlossen, beginnt der Druckaufbau­ vorgang in der Einspritzleitung. Die im Gefolge entstehende Druckwelle führt, entsprechend ihrer von Schallgeschwindigkeit und Einspritzleitungslänge bestimmten Laufzeit zum Düsenhalter hin, zu einem Abheben der Düsennadel und damit zum Einspritz­ vorgang. Letzterer bedeutet zugleich Entzug von Kraftstoff­ volumen aus dem düsenhalterseitigen Ende der Einspritzlei­ tung, der insbesondere bei niedriger Motordrehzahl im be­ troffenen Leitungsabschnitt zu einem Zusammenbruch des Druckes bis hin zu Größenordnungen führt, die ein zwischenzeitliches Schließen der Düsennadel zur Folge hat.

Als Konsequenz sollte - im Falle einer geplanten Voreinspritzung - dieser Volumenentzug stets durch ein, in Düsenhalternähe bereit­ stehendes, sofort verfügbares, nachspeisbares "Puffervolumen" von Kraftstoff während jedes Betriebszustandes des Motors kompen­ siert werden können. Besagtes Puffervolumen ist mindestens so groß zu dimensionieren wie die, sich als Summe aus Vorein­ spritzvolumen und Bypassvolumen (zwischen Ende Voreinspritzung und Beginn Haupteinspritzung anfallend) ergebende Kraftstoff­ menge. Ein gewisses Kraftstoffüberangebot für die Voreinspritzung zu planen (mittels geeigneter Wahl von Höhe und Steilheit des Nockens der Einspritzpumpe) ist spätestens dann sinnvoll, wenn die Einleitung des Endes der Voreinspritzung in bekannter Weise mit einem zweiten, elektromagnetisch gesteuerten Bypassventil - diesmal jedoch in unmittelbarer Nähe des Düsenhalters montiert - erzwungen werden soll.

Obengenannter Druckzusammenbruch, ob nun durch gesteuerte oder ungesteuerte Voreinspritzung ausgelöst, muß stets dann befürchtet werden, wenn der Entnahmevolumenstrom größer ist als der Speisevolumenstrom, was in Fällen niedriger Ver­ drängergeschwindigkeit des Kolbens (als Bestandteil des pumpeninternen Einspritzelementes), also bei einem Vor­ herrschen niedriger Motordrehzahl und geringer Nockenerhebung zutrifft. Von Nachteil ist besagter Druckzusammenbruch spätestens dann, wenn entsprechend den Bedingungen der Praxis ein geringer zeitlicher Abstand zwischen der Voreinspritzung und der Einspritzung der Hauptmenge gefordert wird. Die "Er­ holzeit" des Druckes an der Einspritzdüse - den zeitlichen Beginn der Haupteinspritzung mitbestimmend - ist im wesent­ lichen von der Schallaufzeit des stromaufwärts gelegenen (vom Volumenentnahmevorgang der Voreinspritzung nicht beeinflußten) Druckgeschehens abhängig und kann somit durchaus zu einer vergleichsweise langen Druckaufbauzeit an der Düse führen und damit zu einem nicht tolerierbaren großen Zeitverzug der Haupt­ einspritzung.

Ausgehend von einer Einspritzvorrichtung gemäß dem Gattungsbe­ griff liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die negativen Einflüsse der Kompressibilität auf den zeitlich definierten Einspritzverlauf zu kompensieren und ferner die unerwünschten wellenmechanischen Rückwirkungen zu unterdrücken.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe entsprechend dem kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch den hohen Standdruck in den Einspritzleitungen und die in den Einspritzleitungen stromab eingefügten Rückschlagventile wird zum einen der negative Einfluß der Kompressibilität des Brennstoffes und zum anderen die unerwünschte hydraulische Rück­ wirkung wellenmechanischer Effekte auf den zeitlichen Einspritz­ verlauf kompensiert. Die Einspritzvorrichtung ist damit in der Lage, dem gewünschten Einspritzverlauf mit erheblich verminderter Verzögerungszeit zu folgen.

Eine Einspritzdüse, angepaßt an die Einspritzvorrichtung gemäß Anspruch 1 ist Anspruch 2 zu entnehmen.

Durch die druckgesteuerte Einspritzdüse kann der Standdruck in den Einspritzleitungen 3 und 4 sehr hoch gewählt werden, ohne daß die Düsennadel von einer zu hohen Kraft der Schließfeder getrieben den Düsennadelsitz plastisch verformen würde.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann Anspruch 3 entnommen werden. Die mit Druckreglerfunktion versehenen By­ passventile gestatten die Einstellung eines konstanten Standdruckes in den Einspritzleitungen. Durch den hydraulischen Standdruck wird der unerwünschte Einfluß der Volumenspeicher­ fähigkeit weitgehend eliminiert.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann Anspruch 4 entnommen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einspritzvorrich­ tung ist in Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Reiheneinspritzpumpe mit Einspritzventil,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Einspritzventil,

Fig. 3 ein Druck-Kraft-Diagramm einer konventionellen Einspritzdüse,

Fig. 4 ein Druck-Kraft-Diagramm einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse.

Eine erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Die wesentlichen Komponenten bestehen aus einer konventionellen Reiheneinspritzpumpe 1 und einer Einspritzdüse 2. Die Reiheneinspritzpumpe 1 wird mittels einer ersten und zweiten Einspritzleitung 3 und 4 mit der Einspritz­ düse 2 verbunden, wobei beide Einspritzleitungen 3, 4 unmittel­ bar von einem ersten Verteilerstück 5 abzweigen, welches mit einem Druckstutzen 6 der Reiheneinspritzpumpe 1 verbunden ist. Die erste Einspritzleitung 3 wird dabei um einen Laufzeitunter­ schied Δ t einer von der Reiheneinspritzpumpe 1 ausgehenden Druckwelle kürzer gewählt als die zweite Einspritzleitung 4. Die Einspritzleitungen 3, 4 werden stromab in einem zweiten Ver­ teilerstück 7 zusammengeführt, wobei in die erste Einspritzlei­ tung 3 ein erstes Rückschlagventil 8 und in die zweite Ein­ spritzleitung 4 ein zweites Rückschlagventil 9 eingebaut ist.

Die Rückschlagventile 8 und 9 sind federbelastet und sperren die Einspritzleitungen 3 und 4 gegen Rückfluß.

An den beiden Verzweigungspunkten der beiden, parallelgeschal­ teten Einspritzleitungen befinden sich noch zwei elektrisch betätigbare Bypassventile 10 und 11, wobei das erste Bypassventil 10 unmittelbar an das erste Verteilerstück 5 und das zweite Bypassventil 11 an das zweite Verteilerstück 7 angeschlossen ist. Den Bypassventilen 10 und 11 sind erste und zweite Druckregel­ ventile 10a und 10b vorgeschaltet, die durch Federn vorbelastet in den Leitungen 3 und 4 einen vorgegebenen Druck aufrechterhalten können. Die Einspritzdüse 2 ist ebenfalls an das zweite Verteiler­ stück angeschlossen.

Die Bypassventile 10 und 11 können über erste und zweite Solenoide 12 und 13 auf elektrischem Weg gesteuert werden. Zur Betätigung der Solenoide 12 und 13 und den damit zusammen­ wirkenden Bypassventilen 10 und 11 sind erste und zweite Schalter 14 und 15 vorgesehen.

Die Einspritzdüse 2 weicht nach Fig. 2 erfindungsgemäß vom konventionellen Aufbau einer Einspritzdüse ab. Übereinstimmend mit den konventionellen Hauptkomponenten von Einspritzdüsen be­ steht auch die in Fig. 2 dargestellte Einspritzdüse aus einem Düsenhalter 16 und einem Düsenkörper 17, die mittels einer Überwurfmutter 18 verbunden sind. Im Düsenkörper 17 ist eine Düsennadel 19 axial beweglich geführt, welche durch eine Schließ­ feder 20 in Schließstellung gehalten wird. Die Düsennadel 19 ragt in einen Druckraum 21 und ist als Differentialkolben mit einer Druckschulter 22 versehen. Die Druckschulter 22 stellt einen Übergang auf einen größere Durchmesser d2 dar. Am oberen Ende der Düsennadel 19 ist diese als Kolben 23 mit Durchmeser d3 ausgebildet. Ein Düsennadelsitz 24 am gegenüberliegenden Ende weist einen Durchmesser d1 auf. Für die Durchmesserverhältnisse gilt, daß d3²<d2²-d1² ist. Die Brennstoffzufuhr erfolgt über einen Anschluß 25 und eine erste Bohrung 26, die zugleich der Zylinder des Kolbens 23 ist. Von der ersten Bohrung 26 zweigt eine zweite Bohrung 27 ab, die in den Druck­ raum 21 einmündet.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung wird nachfolgend beschrieben.

Beginnt ein Kolben des jeweiligen Pumpenelementes der Reihen­ einspritzpumpe 1 Kraftstoff zu fördern, befinden sich die beiden Bypassventile 10 und 11 zunächst in geöffneter Position. Da vom vorausgegangenen Arbeitsspiel her in den beiden Lei­ tungen 3 und 4 noch ein Druck herrscht, wie er von den beiden Druckregelventilen 10a und 10b während der Öffnungsphase der Bypassventile 10 und 11 während der Endphase des Kraftstoff- Förderns erzwungen wird, führt der erneut einsetzende Kraft­ stoff-Fördervorgang vorerst zu einem Ausschieben im Bereich des ersten Druckregelventils 10a der sich zeitverzögert (gemäß der Schallaufzeit des Druckimpulses) das Öffnen des zweiten Druckregelventils 10b mit der gleichen Auswirkung anschließt. Der so auf Atmosphärendruck entspannte Kraftstoff wird dabei wieder zurück in den Tank geführt.

Infolge elektrischen Erregens der Solenoide 12 und 13 mit Hilfe der zugeordneten elektronischen Schalter 14 und 15 wird mit dem davon ausgelösten, nahezu verzögerungsfreien Schließen der Bypassventile 10 und 11 die Druckanhebung in den Lei­ tungen 3 und 4 (über den vorhandenen Standdruck hinaus) zwecks Vorbereitung der Voreinspritzung eingeleitet. Erreicht die Drucksteigerung am Ende der ersten Einspritzleitung 3 einen Wert, der den Öffnungsdruck des Einspritzventils 2 gerade überschreitet, beginnt mit dem Abhebevorgang der Düsennadel 19 (Fig. 2) das Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum des Kolbens. Da die Druckanstiegsgeschwindigkeit, aber auch der Betrag der Druckverstärkung im Bereich vor der Einspritzdüse wesentlich von der summierenden Wirkung zweier, sich über­ lagernder Überdruckwellen bestimmt wird - wovon die eine stromabwärts auf den Düsenhalter 16 (Fig. 2) zuläuft und die andere, infolge schallharter Reflektion, am bisher geschlossenen Düsennadelsitz stromaufwärts strebt - ist eine Volumenabgabe über den Abspritzvorgang in den Brennraum möglich, die gerade den Kraftstoffbedarf des Voreinspritzvorganges (dessen Ende durch Öffnen des Bypassventils 11 infolge elektrischen Erregens von Solenoid 13 bestimmt wird) decken kann, danach aber zu einem unerwünschten Druckzusammenbruch führt.

Besagter Druckzusammenbruch - vorzugsweise bei niedrigen Motordrehzahlen auftretend - ist zum einen auf die niedrige Verdrängungsgeschwindigkeit des Kolbens vom Pumpenelement zurückzuführen, nicht zuletzt aber auch auf den oben ge­ schilderten Effekt der Druckerhöhung als Folge der Super­ position von zwei gegenläufigen Druckwellen. Dieser Druck­ erhöhungs-Effekt hat eine Größenordnung des Volumenstromver­ brauches während der Voreinspritzphase zur Folge, die - ab­ hängig von den Verhältnissen am Pumpenelement wie z. B. Vorhub und Nockenform - durchaus größer sein kann als die­ jenige des Kraftstoff-Volumenstroms, wie er vom Verdränger­ kolben des Pumpenelementes im gleichen Augenblick gerade in die erste Einspritzleitung 3 eingespeist wird. Sinkt nun der Kraftstoffdruck im Düsenhalter infolge Beendigung der Druck­ wellenüberlagerung (die auf erste Einspritzleitung 3 strom­ aufwärts zur Einspritzpumpe laufende reflektierte Druckwelle hat das düsenhalterseitige Ende mittlererweise passiert und verlassen) wie aber auch aufgrund der vergleichsweise hohen Volumenentnahme unter das Niveau des Öffnungsdruckes der Einspritzdüse 2, wird damit der Schließvorgang der Zer­ stäuberdüse eingeleitet.

In der Praxis dauert es aufgrund der Leitungslänge der ersten Einspritzleitung 3 zu lange, bis der Druckaufbau an der Düse ein Niveau erreicht, um mittels erneutem Schließen (per Steuerzwang) des Bypassventiles 11 den Beginn der Hauptein­ spritzung in angemessenem Zeitabstand wieder einleiten zu können. Ein Tatbestand, der letztlich mit der Stromabwärts- Schallaufzeit des von der Volumenentnahme ungestörten Druckgeschehens - im oberen Teil der ersten Einspritzleitung 3 befindlich - zu erklären ist.

Hier setzt nun der Erfindungsgedanke ein. Er geht von dem Be­ streben aus, eine zweite Druckwelle, zeitverzögert um den Be­ trag des gewünschten Zeitabstandes zwischen Vor- und Haupt­ einspritzung an der Einspritzdüse zur Verfügung zu stellen, um damit den Volumenbedarf der Haupteinspritzung abdecken zu können. Realisierbar ist dies mit der Installation einer zweiten Einspritzleitung 4, die zur ersten Einspritzleitung 3 parallel zu schalten ist. Der Längenunterschied ist so zu wählen, daß aufgrund der unterschiedlichen Druckwellenlauf­ zeiten der oben geforderte Zeitverzug zwischen Vor- und Haupteinspritzung erfüllt wird.

Um die zeitversetzt am Ende der zweiten Einspritzleitung 4 einlaufende Druckwelle an einem Einspeisen von Kraftstoff in das druckverarmte, dem Düsenhalter 16 zugewandte Ende von erster Einspritzleitung 3 zu hindern, ist diese dort mit einem ersten Rückschlagventil 8 versehen. In gleicher Weise muß auch ein Eindringen der früher auf ersten Ein­ spritzleitung 3 einlaufenden Druckwelle die zweite Ein­ spritzleitung 4 hinein ausgeschlossen werden, was ebenfalls mit einem, an dessen düsenhalterseitigem Ende vorzusehenen zweiten Rückschlagventil 9 realisierbar ist.

Ein weiterer Bestandteil des Erfindungsgedankens ist das Kombinieren der Bypassventile 10 und 11 mit jeweils einem Druckregelventil 10a und 10b. Während der sogenannten Ausschiebephase (die Druckregelventile 10a und 10b sind ge­ öffnet) kann der Kraftstoffdruck aufgrund dieser Maßnahme nur auf einen - mittels vorgespannter Federn gleichgroß eingestellten - Standdruck absinken, der auch dann in der Einspritzdüse vorherrscht, wenn der Verdrängerkolben des Pumpenelementes nicht im Fördern begriffen ist.

Die Einführung hohen Standdruckes dient der Absicht, solche Anteile der kraftstoffördernden Verdrängerbewegung des Pumpenelement-Kolbens zur Erzeugung von düsenseitig abge­ spritzten Kraftstoff zuzuführen, die während der Aufbauphase des Leitungsdruckes bisher ausschließlich zur Aufbringung des dazu notwendigen "Kompressionsvolumens" dienten. Solche "Förderverluste" können während der Druckaufbauphase für die Vorbereitung der Voreinspritzung gerade noch toleriert werden, hingegen bedeuten sie während des extrem schnell zu er­ folgenden Druckaufbaues im Zeitraum zwischen absolvierter Voreinspritzung (mit anschließendem Druckzusammenbruch) und beginnender Haupteinspritzung ein nicht hinnehmbares Volumendefizit zu Lasten der benötigten Abspritzmenge. Ein hohes Standdruckniveau bedeutet demnach insbesondere bei niedrigeren Motordrehzahlen eine willkommen schnelle Druck­ regeneration nach erfolgter Voreinspritzung.

Es liegt nahe, den Standdruck der Einspritzleitungen aus vorerwähnten Gründen so hoch wie möglich zu planen. Dem steht allerdings der vergleichsweise niedrige Öffnungsdruck konventioneller Einspritzdüsen entgegen. Diesen Öffnungsdruck viel höher auszulegen stößt auf Schwierigkeiten, die im folgenden anhand eines Diagrammes in Fig. 3 verdeutlicht werden sollen. Das dort dargestellte Kraft-Druckdiagramm einer konventionellen Einspritzdüse stellt die Beziehung zwischen Kraft am Düsennadelschaft (Ordinate) und Druck im Düsenhalter (Abszisse) dar. Die wiedergegebene Gerade zwischen den Punkten 0 und B stellt den Verlauf der druck­ bedingten Kraft am Düsennadelkörper dar. In Punkt B wird infolge des Öffnungsdruckes P_Ö eine Kraft vom Betrag F₂ erzeugt die gleich der entgegengesetzt gerichteten Kraft einer Feder ist, die die Düsennadel in ihren Dichtsitz drückt. Bei geringfügiger Steigerung des Leitungsdruckes über P_Ö hinaus hebt die Düsennadel ab, was die bekannte Vergrößerung der Druckangriffsfläche an der Düsennadel auslöst, die ihrerseits - bei gleichem Druck - zu einer sprungartigen Vergrößerung der Düsennadel-Kraft (Gerade zwischen B und C) im weiter öffnenden Sinne, bis hin zum Erreichen des Düsennadelanschlages führt. Nimmt der Leitungsdruck bis zum Schließdruck P_s ab, folgt die Düsennadelkraft dem Geraden-Abschnitt C-D um ab dem Punkt D den Betrag der Federkraft F₂ zu unterschreiten, was ein Zurückfallen der Düsennadel in ihren Sitz bedeutet, was gleichzeitig eine Verkleinerung der hydrau­ lischen Wirkfläche an der Düsennadel zur Folge hat (Gerade DE).

Die Aufprallenergie, die als elastische Formänderungsarbeit im Düsennadelsitz anfällt, wird dabei sowohl von der Feder­ kraft F₂ wie von der Abnahmegeschwindigkeit des Leitungs­ druckes bestimmt. Erfolgt der Zusammenbruch des Leitungs­ druckes jedoch in einer kürzeren Zeit als derjenigen, die von der Düsennadel zur Zurücklegung des Wegabschnittes zwischen öffnungsbegrenzenden Anschlag und Dichtsitz be­ nötigt wird, was gelegentlich zutrifft, ist besagte Form­ änderungsarbeit ausschließlich von der Federkraft F₂ und dem zurückgelegten Weg der Düsennadel bestimmt. Da für moderne Einspritzsysteme, die bereits eine hohe Aufsetzge­ schwindigkeit der Düsennadel besitzen, Bedenken hinsicht­ lich einer weiteren Steigerung der Schließkraft F₂ der Feder wegen der Gefahr eines Überschreitens der zulässigen Flächenpressung im Dichtsitz des Einspritzventils anzu­ melden sind, wurde Ausschau nach einem schließkraftbildenden System gehalten, das sich durch geringere Aufschlagenergien während des Ventilschließens auszeichnet.

Die Wirkungsweise der Einspritzdüse nach Fig. 2 ist folgende:
Der unter hohen Druck stehende Kraftstoff tritt über den mit dem Düsenhalter 16 verbundenen druckfesten Anschluß 25 über die zweiten und dritten Bohrungen 27 und 27a in den Druckraum 21 ein. Dort greift der Kraftstoffdruck an der Druckschulter 22 an, die sich als Kreisringfläche entsprechend der Durchmesser­ differenz, gebildet aus d₂ (Schaftdurchmesser Düsennadel) und d₁ (Durchmesser Dichtsitz) ergibt. Eine weitere hydraulische An­ griffsfläche für den Leitungsdruck stellt die, dem Anschluß 25 zugewandte Stirnfläche des Kolbens 23 (Kreisfläche mit Durch­ messer d₃) dar.

Sowohl die Lage, wie die Bewegung der Düsennadel 19 werden von insgesamt drei unmittelbar an der Düsennadel angreifenden Kräften bestimmt. Zum einen handelt es sich um das im Schließ­ sinne wirkende Kräftepaar, herrührend von der Schließfeder 20 und dem Kolben 23 während die entgegengesetzt - also im Öffnungssinne wirkende - dritte Kraftkomponente an der Druckschulter 22 der Düsennadel 19 (im Druckraum 21 befind­ lich) angreift.

Die Konsequenzen dieser Vorgehensweise seien anhand des Druck- Kraft-Diagrammes (Fig. 4) verdeutlicht. Mit zunehmenden Lei­ tungsdruck folgt die, im Öffnungssinne an einem Schaft der Düsennadel 19 angreifende, sich entsprechend dem Produkt aus Leitungsdruck und hydraulischer Angriffsfläche (Kreisring­ querschnitt entsprechend der Durchmesserdifferenz (d₂-d₁) ergebende Kraft einer Geraden zwischen den Punkten 0 und B. Im gleichen Zeitabschnitt wächst die von der Summe aus Federkraft F₁ der Schließfeder 20 plus hydraulische Zusatzkraft (Produkt aus Leitungsdruck und Kreisquerschnitt d₃ (Kolben 23, Fig. 2) repräsentierte Schließkraft auf einen Wert an, die im Punkt B betragsgleich mit der Düsennadel-Öffnungskraft ist. B ist folglich der Schnittpunkt zwischen den Geraden der Schließ- und Öffnungskraft und bestimmt mit dem Vorzeichenwechsel der an der Düsennadel angreifenden Summenkraft den Öffnungsdruck und damit die Größe der "Abhebekraft" der Düsennadel, der ein Öffnungsdruck gemäß der Beziehung

zugeordnet ist.

Übersteigt der Leitungsdruck den Öffnungsdruck P_Ö, findet eine abrupte Vergrößerung der Öffnungskraft infolge Wirk­ flächenvergrößerung der Düsennadel auf einen Wert ent­ sprechend dem Durchmesser d₂ statt. Ein Beschleunigen der Düsennadel (Öffnen) bis zum Anschlagen der Düsennadel­ schulter am Zwischenstück Zw ist die Folge (Geradenabschnitt B-C). Nach erfolgtem Abspritzen des Kraftstoffes in den Brennraum und dem im Gefolge sich einstellenden Abfall des Leitungsdruckes sinkt die Öffnungskraft an der Düsennadel nach einem Bildungsgesetz entsprechend dem Geraden-Abschnitt zwischen den Punkten C und D. Der Punkt D bedeutet wiederum einen Schnittpunkt zwischen Schließ- und Öffnungskraftverlauf und bestimmt damit diesmal den sogenannten Schließdruck:

Geringfügiges Unterschreiten des Schließdruckes löst den Schließvorgang der Düsennadel aus, nach deren Aufsetzen ein schlagartiger Teilzusammenbruch der Öffnungskraft gemäß dem Geraden-Abschnitt D-E infolge Verkleinerung der hydraulischen Angriffsfläche von

stattfindet.

Das Diagramm läßt deutlich erkennen, daß bei gleichgroß ge­ fordertem Öffnungsdruck ein System, bei dem die Schließkraft der Feder von einer hydraulischen Hilfskraft (erzeugt unter zur Hilfenahme des Leitungsdruckes) Unterstützung erfährt, eine nahezu beliebig schwache Dimensionierung der Schließ­ feder durch Wahl einer geeigneten Konstellation aller be­ teiligter hydraulischer Wirkflächen zuläßt. Ganz im Gegen­ satz also zu einem System, dessen Schließkraft ausschließ­ lich von der Dimensionierung der Schließkraft der Feder bestimmt ist (Fig. 3).

Es läßt sich folglich auch der Umkehrschluß ziehen, nämlich daß bei Forderung nach einem höheren Öffnungsdruck - wie etwa bei der Einführung eines vergleichsweise hohen, an anderer Stelle geforderten Standdruckes - die Einführung einer leitungsdruckgesteuerten Komponente der Schließkraft keineswegs eine zwangsläufige Verstärkung der Schließfeder zur Folge haben muß. An dieser Stelle sei vermerkt, daß diese Methode der Ansprechdruckerhöhung zu günstigeren Tröpfchengrößen-Spektren beim Kraftstoff-Zerstäuben führt, was ein nicht unwesentlicher Beitrag zur besseren Gemisch­ aufbereitung zum Zwecke der Schwarzrauchminderung wie der Kaltstartverbesserung ist.

Claims (4)

1. Einspritzvorrichtung für selbstzündende Brennkraftmaschine, bei der die einzuspritzende Brennstoffmenge in eine Vor- und Haupteinspritzung unterteilt wird, bestehend aus einer Reiheneinspritzpumpe und einer Einspritzdüse, wobei die Zuführung des Brennstoffes von der Einspritzpumpe zur Einspritzdüse über zwei Einspritzleitungen unterschiedlicher Länge erfolgt und in der kürzeren Einspritzleitung vor Ein­ mündung in die Einspritzdüse ein federbelastetes erstes Rückschlagventil vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die längere zweite Einspritzleitung (4) unmittelbar von einem ersten Verteilerstück (5) eines Druckstutzens (6) der Reiheneinspritzpumpe (1) abzweigt, wobei an das Verteiler­ stück (5) zusätzlich ein elektrisch betätigbares erstes By­ passventil (10) angeschlossen ist, daß beide Einspritzlei­ tungen stromab am Einspritzdüsenseitigen Ende in ein zweites Verteilerstück (7) einmünden, welches zusätzlich Anschlüsse für ein zweites Bypassventil (11) und das Einspritzventil (2) aufweist, wobei das zweite Bypassventil (11) ebenfalls elektrisch betätigbar ist, daß vor Einmündung der längeren zweiten Einspritzleitung (4) in das zweite Verteilerstück (7) ein federbelastetes zweites Rückschlagventil (9) in die längere zweite Einspritzleitung (4) eingebaut ist, und daß die Längendifferenz der Einspritzleitungen (3 und 4) so zu wählen ist, daß aufgrund der unterschiedlichen Druckwellenlaufzeiten der Zeitverzug zwischen Vor- und Haupteinspritzung erreicht wird.

2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Einspritzventil (2) bestehend aus einem Düsenkörper (17) und einem Düsenhalter (16) eine durch Kolben (23) und Schließfeder (20) belastete Düsennadel (19) aufweist, und
daß die Düsennadel im Bereich eines Druckraumes (21) als Differenzkolben mit Druckschulter (22) ausgebildet ist, wobei die Brennstoffzufuhr von einem Anschluß (25) über eine erste Bohrung (26) zum Kolben (23) und über eine von der ersten Bohrung abzweigende zweite Bohrung (27) und eine dritte Bohrung (27a) zum Druckraum (21) erfolgt.

3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassventile (10 und 11) mit Druckregelventilen (10a, 10b) mit Rückschlageigenschaft in Reihe geschaltet sind, und, daß die Einspritzleitungen (3 und 4) auch bei Förderpausen der Einspritzpumpe (1) unter einem Druck stehen, der den höchsten Verdichtungsdruck der Brennkraft­ maschine überschreitet.

4. Einspritzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassventile (10 und 11) durch Solenoide (12 und 13) erregbar sind, und daß zur Erregung elektronische Schalter (14 und 15) Anwendung finden.