DE4027493A1 - Einspritzduese fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für eine Brennkraft­ maschine, insbesondere einen Dieselmotor, mit einem Düsenhal­ ter und einem Düsenkörper, in dem eine Ventilnadel verschieb­ bar gelagert ist und mit einer ersten Schließfeder, die stän­ dig auf die Ventilnadel einwirkt und einer zweiten Schließfe­ der erst dann auf die Ventilnadel einwirkt, wenn sich diese um eine vorbestimmte Wegstrecke aus ihrer Schließstellung ent­ fernt hat sowie mit einem im Düsenhalter vorgesehenen Zylin­ der, in dem ein auf die Düsennadel einwirkender Hydraulikkol­ ben verschiebbar angeordnet ist, auf welchen Hydraulikkolben sich die zweite Schließfeder abstützt, wodurch die von dieser Schließfeder auf die Ventilnadel ausgeübte Kraft durch die hydraulische Kraft verstärkt wird und weiter mit einer Vor­ richtung, die in Abhängigkeit vom Zustandsparameter des Mo­ tors, wie etwa der Drehzahl, einen bestimmten Innendruck im Zylinder hydraulisch, vorzugsweise mit Kraftstoff als Medium einstellt.

Aus der DE-OS 27 11 393 sind Einspritzdüsen bekannt, bei denen die von den Federn auf die Ventilnadel ausgeübte Kraft durch einen Hydraulikkolben verstärkt oder abgeschwächt werden kann. Damit ist eine Steuerung des Druckes, bei dem die Ventilnadel öffnet, möglich. Außerdem sind zwei Ventilfedern vorgesehen, um entweder bei Vorliegen einer einzigen Ventilnadel zwei ver­ schiedene Öffnungshübe einstellen zu können oder zwei konzen­ trisch ineinander gelagerte Ventilnadeln zu verschiedenen Zei­ ten aufsteuern zu können. Dies dient dazu, zwei unterschiedli­ che Gruppen von Spritzöffnungen aufsteuern zu können.

Nachteilig bei solchen bekannten Einspritzdüsen ist, daß die Toleranzen, mit denen die maximalen Hübe der Ventilnadeln für Voreinspritzung bzw. Haupteinspritzung eingestellt werden kön­ nen, sehr groß sind. So kann es z. B. durch eine thermische Längenänderung des Anschlages zu einer wesentlichen Änderung der maximalen Hubhöhe für die Voreinspritzung kommen. Somit sind die Bedingungen für die Voreinspritzung nicht genau genug festlegbar, um in allen Betriebszuständen der Brennkraftma­ schine einen optimalen Einspritzverlauf gewährleisten zu kön­ nen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Einspritzdüse zu schaffen, bei der minimale mechanische Tole­ ranzen gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Ventilnadel von ei­ nem Druckbolzen betätigt wird, auf den die erste Schließfeder ständig einwirkt und auf dem der das Druckstück bildende Hydraulikkolben, der von der zweiten Schließfeder belastet ist, gleitbar geführt ist und daß ein Zwischenring vorgesehen ist, der ebenfalls gleitbar auf dem Druckbolzen angeordnet ist und am Hydraulikkolben anliegt, wobei dieser Zwischenring eine Schulter aufweist, die einer entsprechenden Schulter der Ven­ tilnadel gegenüberliegt, wobei diese Schultern in der Schließ­ stellung des Ventils einen Abstand (d₁) aufweisen, der den Vorhub der Ventilnadel definiert. Auf diese Weise ist es mög­ lich, unabhängig von Herstellungstoleranzen und unterschiedli­ chen Wärmedehnungen einzelner Bauteile die maximalen Hubhöhen der Ventilnadel während der Voreinspritzung und der Hauptein­ spritzung genau zu begrenzen. Dies stellt in der Praxis einen wesentlichen Vorteil dar.

Die relevanten Betriebsdaten des Motors werden dabei von Ge­ bern erfaßt und in einer Steuereinheit ausgewertet. Diese Steuereinheit regelt in an sich bekannter Weise eine Hydrau­ likpumpe, die mit dem Zylinder in der Einspritzdüse verbunden ist und in diesem einen bestimmten Innendruck herstellt.

Die erfindungsgemäße Einspritzdüse funktioniert in der Weise, daß die Ventilnadel zunächst einen Vorhub ausführt, bei dem eine geringe Menge Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Nach Beendigung dieses Vorhubes stützt sich die Ventil­ nadel an einem Bauteil ab, der von der zweiten Schließfeder gehalten wird. Eine weitere Bewegung der Ventilnadel ist daher nur mehr gegen den gemeinsamen Widerstand beider Schließfedern sowie der Druckkraft auf den Hydraulikkolben möglich. Die Haupteinspritzung erfolgt daher bei hohem Druck. Durch die Di­ mensionierung der Federn und Festlegung des Druckes auf den Hydraulikkolben kann man einen optimalen zeitlichen Verlauf des Einspritzvorganges im gesamten Betriebsbereich des Motors erreichen.

Vorzugsweise ist der Zylinder mit einem Druckregelglied ver­ bunden, das den Pumpeninnenraumdruck einer Verteilerpumpe in Abhängigkeit von dem Signal eines Steuergerätes abregelt.

Es werden immer mehr elektronische Verteilerpumpen eingesetzt, wobei von der integrierten Vorpumpe ein Druck von etwa 7 bar erzeugt wird. Die Hochdruckstufe dieser Verteilerpumpe ist von Kraftstoff umgeben, der unter diesem Pumpeninnenraumdruck steht. Wenn man nun diesen Druck von 7 bar heranzieht, ent­ fällt eine eigene Pumpe zur Aufbringung des Druckes im Zylin­ der.

Eine besonders exakte Anpassung des Einspritzverlaufes an den Motorzustand kann vorgenommen werden, wenn als Zustandsparame­ ter des Motors neben der Drehzahl und der Motorbelastung auch andere Kenngrößen, wie z. B. die Wassertemperatur, herangezogen werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeich­ nungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erfin­ dungsgemäße Einspritzdüse teilweise im Längsschnitt, die

Fig. 2 ist ein Schaltschema für die Regelung des Druckes im Zylinder.

Fig. 1 zeigt einen Düsenhalter 1, an dem über ein Zwischen­ stück 2 ein Düsenkörper 3 befestigt ist. Im Inneren des Düsen­ körpers 3 ist die Düsennadel 4 gleitbar geführt.

Im Inneren des Düsenhalters 1 ist ein Zylinder 6 vorgesehen, in dem ein Kolben 7 beweglich gelagert ist. Eine Schließfe­ der 8a, die im Zylinder 6 vorgesehen ist, drückt den Kolben 7 in Richtung des Pfeiles 9.

In axialer Richtung setzt sich die Düsennadel 4 innerhalb des Düsenhalters 1 als Druckbolzen 5 fort. Dieser Druckbolzen 5 kann einstückig mit der Düsennadel 4 ausgebildet sein oder aber als eigener Bauteil ausgeführt sein, der im Bereich des Zwischenstückes 2 mit der Düsennadel 4 in Kontakt steht. Der Kolben 7 stützt sich in der in der Fig. 1 dargestellten Schließlage der Düsennadel 4 an einem Zwischenring 10 ab, der seinerseits an der Stirnfläche des Düsenkörpers 3 ansteht. Über die Zufuhrleitung 14 wird der Kolben 7 mit einer Hydrau­ likflüssigkeit beaufschlagt und unter einem Druck gehalten, der vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängt. Insbe­ sonders kann vorgesehen sein, über die Zufuhrleitung 14 Kraft­ stoff in den Zylinder 6 einzubringen. Über eine Lecköllei­ tung 15 wird überschüssiger Kraftstoff aus der Einspritzdüse abgezogen.

Wird nun über die Hochdruckleitung 12 die Düsennadel 4 aus ih­ rer Schließstellung in die geöffnete Stellung gedrückt, so kann die Düsennadel 4 vorerst eine Wegstrecke d₁ zurücklegen, die der Höhe der Ausfräsung 16 des Zwischenringes 10 ent­ spricht. Dabei wirkt der Öffnungsbewegung der Düsennadel 4 le­ diglich die Kraft einer oberen Schließfeder 8b entgegen, die sich auf einem Ansatz 17 des Druckbolzens 5 abstützt. Nach dem Zurücklegen dieser ersten Wegstrecke d₁ nimmt die Düsennadel 4 den Zwischenring 10 mit. Dieser Zwischenring 10 drückt dann seinerseits den Kolben 7 in die Richtung entgegen dem Pfeil 9. Dabei muß die Düsennadel 4 neben der von der oberen Schließfe­ der 8b ausgeübten Kraft die Kraft überwinden, die von der Schließfeder 8a auf den Kolben ausgeübt wird. Diese Schließfe­ der 8a stützt sich über einen Haltering 18 am Düsenhalter 1 ab. Zusätzlich zu den von den Schließfedern 8a und 8b auf die Düsennadel 4 ausgeübten Kräfte wirkt auf den Hydraulikkolben 7 eine Druckkraft, die proportional zum Innendruck des Zylin­ ders 6 ist. Die Düsennadel 4 kann unter diesen Bedingungen eine weitere Wegstrecke d₂ zurücklegen, bis die Öffnung von einer Schulter 19 am Zwischenstück 2 begrenzt wird, an die die Schulter 22 des Zwischenringes 10 anschlägt.

Bei dieser Einspritzdüse erfolgt frühzeitig eine Voreinsprit­ zung einer geringen Menge Kraftstoffes, da sich die Düsenna­ del 4 zu Beginn sehr leicht aus der Schließstellung abheben läßt. Ab dem Zeitpunkt, in dem die Schließfeder 8a und der In­ nendruck im Zylinder 6 wirksam werden, ist ein hoher Kraft­ stoffdruck erforderlich, um eine weitere Öffnung zu erreichen. Wesentlich für die Erfindung ist nun, daß der Widerstand gegen die Öffnung der Düsennadel 4 zur Einspritzung der Hauptmenge des Kraftstoffes je nach Betriebszustand des Motors variiert werden kann. Die auf die Düsennadel 4 während des Vorein­ spritzvorganges wirkende Kraft wird durch den Druck im Zylin­ der 6 nicht beeinflußt, wenn der Haltering 18 an seinem inne­ ren Rand 21 gegenüber dem Druckbolzen 5 abgedichtet ist. Wenn keine Abdichtung vorgesehen ist, wie dies in Fig. 2 darge­ stellt ist, weist die Kammer 20 stets den gleichen Druck wie der Zylinder 6 auf. In diesem Fall wird die Kraft der oberen Schließfeder 8b durch eine hydraulische Kraft verstärkt, die aus dem Produkt aus Innendruck und Querschnittsfläche des Druckbolzens 5 anspricht. Diese Kraft ist jedoch klein gegen­ über der während des Haupteinspritzvorganges auf den Kolben 7 wirkenden Kraft.

In Fig. 2 ist ein vorteilhaftes Schaltschema zur Druckaufbrin­ gung und Druckregelung dargestellt. Ein Steuergerät 23 wird über Leitungen 24a, 24b, 24c mit Signalen versorgt, die die Drehzahl n des Motors, die Last p und die Wassertemperatur T anzeigen. Diese Signale für n, p und T werden in bekannter Weise von nicht dargestellten Gebern erzeugt. Das Steuerge­ rät 23 wird weiter über Leitungen 25 mit Strom aus dem Bord­ netz des Fahrzeuges versorgt. Über eine Ausgangsleitung 26 steuert das Steuergerät 23 ein Druckregelglied 27 unter Be­ rücksichtigung eines eingespeicherten Kennfeldes an. An diesem Druckregelglied 27 liegt über eine Versorgungsleitung 28 Kraftstoff mit einem konstanten Druck von 7 bar an. Dies ist der Pumpeninnenraumdruck einer elektronischen Verteiler­ pumpe 29, an welche die Versorgungsleitung 28 angeschlossen ist. Das Druckregelglied regelt den Druck der Versorgungslei­ tung 28 in Abhängigkeit des an der Ausgangsleitung 26 liegen­ den Signals auf 0 bis 7 bar über eine Drossel 30 ab. Der über­ schüssige Kraftstoff wird in einen Vorratsbehälter rückge­ führt. Über eine Steuerleitung 31 wird der abgeregelte Druck im Zylinder 6 im Düsenhalter 1 eingestellt.

Auf diese Weise kann der Verlauf des Einspritzvorganges für jeden möglichen Betriebszustand des Motors optimiert werden.

Claims (3)

1. Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor, mit einem Düsenhalter und einem Düsen­ körper, in dem eine Ventilnadel verschiebbar gelagert ist und mit einer ersten Schließfeder, die ständig auf die Ventilnadel einwirkt und einer zweiten Schließfeder erst dann auf die Ventilnadel einwirkt, wenn sich diese um eine vorbestimmte Wegstrecke aus ihrer Schließstellung entfernt hat sowie mit einem im Düsenhalter vorgesehenen Zylinder, in dem ein auf die Düsennadel einwirkender Hydraulikkolben verschiebbar angeordnet ist, auf welchen Hydraulikkolben sich die zweite Schließfeder abstützt, wodurch die von dieser Schließfeder auf die Ventilnadel ausgeübte Kraft durch die hydraulische Kraft verstärkt wird und weiter mit einer Vorrichtung, die in Abhängigkeit vom Zustandspa­ rameter des Motors, wie etwa der Drehzahl, einen bestimm­ ten Innendruck im Zylinder hydraulisch, vorzugsweise mit Kraftstoff als Medium einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (4) von einem Druckbolzen (5) betätigt wird, auf den die erste Schließfeder (8b) ständig einwirkt und auf dem der das Druckstück bildende Hydraulikkol­ ben (7), der von der zweiten Schließfeder (8a) belastet ist, gleitbar geführt ist und daß ein Zwischenring (10) vorgesehen ist, der ebenfalls gleitbar auf dem Druckbol­ zen (5) angeordnet ist und am Hydraulikkolben (7) anliegt, wobei dieser Zwischenring (10) eine Schulter (19) auf­ weist, die einer entsprechenden Schulter (22) der Ventil­ nadel (4) gegenüberliegt, wobei diese Schultern (22) in der Schließstellung des Ventils einen Abstand (d₁) aufwei­ sen, der den Vorhub der Ventilnadel (4) definiert.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (6) mit einem Druckregelglied (27) verbunden ist, das den Pumpeninnenraumdruck einer Verteiler­ pumpe (29) in Abhängigkeit von dem Signal eines Steuerge­ rätes (23) abregelt.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, daß als Zustandspa­ rameter des Motors neben der Drehzahl (n) und der Motorbe­ lastung (p) auch andere Kenngrößen, wie z. B. die Wasser­ temperatur (T) herangezogen werden.