DE4115478A1 - Einspritzduese fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents
Einspritzduese fuer eine brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für eine Brennkraft
maschine mit mindestens zwei nebeneinander angeordneten Ven
tilnadeln, die alternativ betätigbar sind.
Es ist bekannt, daß insbesonders bei Dieselmotoren die Anpas
sung des Querschnittes der Spritzöffnungen an den jeweiligen
Betriebszustand eine wesentliche Verbesserung der Abgas- und
der Geräuschemissionen bewirken kann.
Aus der EP-A 28 288 ist ein Düsenhalter mit zwei nebeneinander
angeordneten Ventilnadeln bekannt. Eine weitere bekannte Aus
führungsvariante, die eine solche Anpassung des Spritzloch
querschnittes ermöglicht, ist ein Düsenhalter, der zwei ge
trennte Einspritzdüsen aufweist. Eine dieser beiden Düsen wird
dabei im Teillastbereich verwendet, wogegen die andere Düse
für den Betrieb bei Vollast vorgesehen ist.
In der Praxis hat sich nunmehr herausgestellt, daß solche Sy
steme zwar ein optimales Motormanagement über einen weiten
Drehzahlbereich ermöglicht, wobei es allerdings immer wieder
zu Problemen an den Einspritzdüsen selbst kommt. Die nicht in
Betrieb befindliche Düse neigt bei diesen Ausführungsformen
nämlich zum Verkoken.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Einspritzdüse in der
Art weiterzuentwickeln, daß ein Verkoken zuverlässig verhin
dert wird.
Erfindungsgemäß sind Vorrichtungen zum Kühlen der jeweils
nicht in Betrieb befindlichen Düse vorgesehen, um ein Verkoken
zu verhindern.
Die Ventilnadeln werden dabei in bekannter Weise von Federn in
ihre Schließstellung gepreßt. Dabei kann für jede Ventilnadel
eine eigene Feder vorgesehen sein. Es kann aber auch eine ge
meinsame Feder für beide Ventilnadeln vorhanden sein. Die Fe
dern können weiters als hydraulische Elemente ausgebildet
sein.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorge
sehen, daß die Vorrichtungen zur Kühlung aus Kraftstoffleitun
gen bestehen. Dies bedeutet, daß als Kühlmedium der Kraftstoff
selbst herangezogen wird. Dies ermöglicht einen besonders ein
fachen Aufbau der Einspritzdüse ohne zusätzliche Anschlüsse
für ein Kühlmedium. Außerdem kann die Problematik einer Ab
dichtung zwischen dem Kraftstoff und einem gesonderten Kühlme
dium vermieden werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfin
dung ist ein vorzugsweise elektromagnetisch betätigbares
Schaltorgan mit zwei Stellungen vorgesehen, das in einer Stel
lung eine Verbindung des Anschlusses der Einspritzleitung über
die Hochdruckleitung mit dem Druckraum der ersten Ventilnadel
herstellt und in der zweiten Stellung eine Verbindung des An
schlusses der Einspritzleitung über die zweite Hochdrucklei
tung mit dem Druckraum der zweiten Ventilnadel herstellt, wo
bei die jeweils andere Hochdruckleitung mit dem Leckölanschluß
verbunden ist. Eine solche Einspritzdüse weist lediglich einen
einzigen Anschluß für eine Einspritzleitung auf. Als Ein
spritzpumpe kann jede bekannte Ausführungsform vorgesehen
sein, wobei keinerlei besondere Maßnahmen zur Anpassung an die
erfindungsgemäße Einspritzdüse erforderlich sind. Im Fall ei
nes elektromagnetisch betätigbaren Schaltorganes ist lediglich
ein elektrischer Anschluß für die Betätigung des Schaltmagne
tes vorzusehen.
Es ist günstig, wenn ein Verbindungskanal zwischen den Druck
räumen der ersten und der zweiten Ventilnadel vorgesehen ist,
durch den während des Einspritzvorganges der einzuspritzende
Kraftstoff von der nicht in Betrieb befindlichen Ventilnadel
zur aktiven Ventilnadel strömt. Bei dieser Bauart wird durch
das Schaltorgan die Hochdruckleitung der nicht in Betrieb be
findlichen Ventilnadel mit der Einspritzleitung verbunden.
Während der Einspritzung strömt der Kraftstoff durch diese
Hochdruckleitung in den Druckraum der nicht in Betrieb befind
lichen Ventilnadel und von dort über den Verbindungskanal zum
Druckraum der sich nunmehr öffnenden Ventilnadel. Auf diese
Weise wird die nicht in Betrieb befindliche Düse durch den
einzuspritzenden Kraftstoff gekühlt. Diese Ventilnadel muß
durch geeignete Maßnahmen in ihrer geschlossenen Stellung
festgehalten werden.
Dies wird nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante
dadurch erreicht, daß mit den Ventilnadeln Kolben verbunden
sind, die in Zylinderräumen beweglich angeordnet sind, wobei
der Zylinderraum jeder Ventilnadel mit der zugehörigen Hoch
druckleitung in Verbindung steht und daß unmittelbar vor dem
Druckraum jeder Ventilnadel ein Rückschlagventil vorgesehen
ist, das einen Durchfluß des Kraftstoffes zum Druckraum der
Ventilnadel hin gestattet. Über eine Abzweigung der Hochdruck
leitung wird der Zylinderraum der nicht in Betrieb befindli
chen VentilnadeI mit Einspritzdruck beaufschlagt, sodaß diese
Ventilnadel nicht von ihrem Sitz abheben kann. Die Rückschlag
ventile verhindern, daß der Zylinderraum der in Betrieb be
findlichen Ventilnadel mit Einspritzdruck beaufschlagt wird.
Außerdem verhindern sie ein Abströmen des einzuspritzenden
Kraftstoffes in das Leckölsystem.
In einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung ist ein
Kühlanschluß vorgesehen, durch den der Kraftstoff zu der nicht
in Betrieb befindlichen Ventilnadel gefördert werden kann. Die
nicht in Betrieb befindliche Düse wird dabei über einen eige
nen Kreislauf mit Kraftstoff gekühlt. Dazu ist ausserhalb der
Einspritzdüse eine eigene Kühlpumpe vorzusehen. Vorteilhaft
bei dieser Ausführungsvariante ist, daß die Stärke der Kühlung
durch den Volumenstrom im Kühlkreislauf beliebig einstellbar
ist. Der über den Kühlanschluß in die Einspritzdüse gelangende
Kraftstoff verläßt diese über die Leckölleitung.
Besonders günstig ist es, wenn der Kühlanschluß über eine Lei
tung mit einem gemeinsamen Federraum für die Federn der beiden
Ventilnadeln verbunden ist und daß von diesem gemeinsamen Fe
derraum zwei mit Rückschlagventilen versehene Kühlleitungen zu
den Druckräumen der beiden Ventilnadeln führen. Dies ermög
licht eine besonders einfache und kompakte Ausführung der er
findungsgemäßen Einspritzdüse.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsvarianten näher erläutert. Es zeigen
schematisch:
Fig. 1 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen
Einspritzdüse im Axialschnitt, und
Fig. 2 eine weitere Ausführungsvariante in gleicher
Schnittführung.
Die Einspritzdüse nach Fig. 1 besteht aus einem Düsenhalter 1,
der über eine Überwurfmutter 2 mit dem Düsenkörper 3 verbunden
ist. Zwischen dem Düsenhalter 1 und der Überwurfmutter 2 ist
eine Scheibe 4 eingefügt. An der Oberseite des Düsenhalters 1
ist eine Halterung 5 für das Schaltorgan 16 vorgesehen. Zwei
parallel zueinander angeordnete Ventilnadeln 6a und 6b steuern
unterschiedliche Gruppen von Spritzöffnungen 7a und 7b auf,
die in den Düsenkuppen 36a und 36b angeordnet sind. Die
Spritzöffnungen 7a sind dabei etwa für den Teillastbereich
vorgesehen und haben insgesamt einen kleineren Spritzquer
schnitt, wogegen die Spritzöffnungen 7b für den Vollastbetrieb
vorgesehen sind und einen dementsprechend größeren Spritzquer
schnitt aufweisen. Auch die Anzahl und die Neigung der Spritz
öffnungen 7a, 7b sind auf die Lastverhältnisse hin optimiert.
Die oberen Abschnitte der Ventilnadeln 6a, 6b sind als Kol
ben 8a, 8b ausgeführt. Unterhalb der Kolben 8a, 8b befinden
sich die Druckräume 9a, 9b der Ventilnadeln 6a, 6b. Diese
Druckräume 9a, 9b sind über einen Verbindungskanal 10 mitein
ander verbunden. Vor den Druckräumen 9a, 9b sind Rückschlag
ventile 11a, 11b vorgesehen, die den Kraftstoff von den Hoch
druckleitungen 12a, 12b zu den Druckräumen 9a, 9b hin strömen
lassen, jedoch in die entgegengesetzte Richtung sperren. Von
den Hochdruckleitungen 12a, 12b führen Zweigleitungen 13a, 13b
zu Zylinderräumen 14a, 14b an der Oberseite der Kolben 8a, 8b.
Die Hochdruckleitungen 12a, 12b sind mit dem unteren Ring
raum 15a bzw. mit dem oberen Ringraum 15b des Schaltorganes 16
verbunden. Das Schaltorgan 16 besteht aus einem Zylinder
raum 17, in dem ein Steuerkolben 18 axial beweglich geführt
ist. Der Steuerkolben 18 ist durch einen gegen eine Feder 20
wirkenden Elektromagnet 19 schaltbar.
In der Stellung von Fig. 1 befindet sich der Steuerkolben 18
in seiner unteren Endlage. Der Steuerkolben 18 ermöglicht da
bei eine Verbindung vom Anschluß der Einspritzleitung 21 über
den Ringraum 22 zum ersten Schaltraum 15a und damit zur ersten
Hochdruckleitung 12a. Der zweite Ringraum 15b wird über ent
sprechende Bohrungen 23 im Steuerkolben 18 mit dem Leckölan
schluß 24 verbunden.
Die beiden Ventilnadeln 6a, 6b werden in bekannter Weise von
Federn 25a, 25b über Druckteller 26a, 26b in Richtung ihrer
Schließstellung belastet. Der maximale Hub der Ventilna
deln 6a, 6b wird durch Anschlagbolzen 35a, b bestimmt. Die Fe
dern 25a, 25b sind in einem gemeinsamen Federraum 27 angeord
net, der über eine Leitung 28 mit der Bohrung 23 des Steuer
kolbens 18 in Verbindung steht und somit mit dem Leckölan
schluß 24 verbunden ist.
Der Elektromagnet 19 ist über eine nicht dargestellte Leitung
mit einer genausowenig dargestellten Steuervorrichtung verbun
den, die den Elektromagnet 19 in Abhängigkeit von Drehzahl,
Last, oder anderen Motorparametern ansteuert.
In der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Schaltorganes 16
ist die rechts angeordnete zweite Ventilnadel 6b in Betrieb.
Der Kraftstoff gelangt über die Einspritzleitung in den mitt
leren Ringraum 22 und von dort in den unteren Ringraum 15a und
die erste Hochdruckleitung 12a. Über die Zweigleitung 13a wird
bewirkt, daß der Einspritzdruck auch im Zylinderraum 14a der
Ventilnadel 6a anliegt. Der Kraftstoff strömt von der ersten
Hochdruckleitung 12a über das Rückschlagventil 11a weiter in
den Druckraum 9a der ersten Ventilnadel 6a, kann diese jedoch
nicht öffnen, da im Zylinderraum 14a der Einspritzdruck an
liegt. Über den Verbindungskanal 10 gelangt der Kraftstoff
schließlich in den Druckraum 9b der zweiten Ventilnadel 6b und
öffnet diese gegen den Widerstand der zugehörigen Feder 25b.
Das Rückschlagventil 11b verhindert ein Eindringen des Kraft
stoffes in die zweite Hochdruckleitung 12b und somit auch in
die Zweigleitung 13b und den Zylinderraum 14b. Dieser Zylin
derraum 14b ist über die zweite Hochdruckleitung 12b mit dem
oberen Ringraum 15b verbunden, der in dieser Stellung des
Steuerkolbens 18 mit dem Leckölanschluß 24 verbunden ist. Der
eingespritzte Kraftstoff durchströmt also beide Druckräume 9a,
9b sowie den Verbindungskanal 10. Dadurch wird eine ausrei
chende Kühlung beider Düsenkuppen bewirkt.
Wenn durch einen entsprechenden Strom der Elektromagnet 19 ge
schaltet wird und sich der Steuerkolben 18 in seiner oberen
Endlage befindet, läuft der Einspritzvorgang im wesentlichen
spiegelverkehrt ab. Der Kraftstoff gelangt dann über den An
schluß der Einspritzleitung 21 in den mittleren Ringraum 22,
von dort in den oberen Ringraum 15b, in die zweite Hochdruck
leitung 12b und über die Zweigleitung 13b in den Zylinder
raum 14b, Dadurch wird die zweite Ventilnadel 6b in ihrer ge
schlossenen Stellung festgehalten. Über das Rückschlagven
til 11b in Druckraum 9b und in Verbindungskanal 10 gelangt der
Kraftstoff weiter in den Druckraum 9a der ersten Ventilna
del 6a und öffnet diese. Der Zylinderraum 14a ist in diesem
Zustand mit dem Leckölanschluß 24 verbunden.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante der Erfin
dung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In der Darstellung ist der Elektromagnet 19 aktiviert und der
Steuerkolben 30 befindet sich in seiner oberen Endlage. Der
Kraftstoff strömt dabei vom Anschluß der Einspritzleitung 21
in den mittleren Ringraum 22 und von dort in den oberen Ring
raum 15b. Über die zweite Hochdruckleitung 12b gelangt der
Kraftstoff in den Druckraum 9b um die Ventilnadel 6b gegen den
Widerstand der Feder 25b öffnen zu können. Der weitere Weg des
Kraftstoffes über die Kühlleitung 31b in den Federraum 27 wird
dem Kraftstoff durch das Rückschlagventil 29b versperrt.
Über eine nicht näher dargestellte Kühlpumpe gelangt Kraft
stoff zum Kühlanschluß 32 und wird von dort über eine Lei
tung 33 in den Federraum 27 befördert. Über das Rückschlagven
til 29a gelangt dieser zur Kühlung vorgesehene Kraftstoff in
die Kühlleitung 31a und von dort in den Druckraum 9a der er
sten Ventilnadel 6a. In weiterer Folge strömt dieser Kraft
stoff über die erste Hochdruckleitung 12a in den unteren Ring
raum 15a, der in dieser Stellung des Kolbens 30 mit dem
Leckölanschluß 24 verbunden ist.
Der Druck des Kraftstoffes im Kühlkreislauf ist gering, er muß
lediglich so groß sein, um eine ausreichende Förderung durch
das Kühlsystem zu gewährleisten. Das Öffnen der Ventilna
deln 6a bzw. 6b wird durch den auf der Rückseite der Ventilna
deln 6a und 6b im Federraum 27 anliegenden geringen Druck
nicht wesentlich beeinflußt.
Wenn sich der Steuerkolben 30 des Schaltorganes 16 in seiner
unteren Endlage befindet, verläuft der Einspritzvorgang spie
gelverkehrt zu den obigen Ausführungen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es zwei auf unterschied
liche Betriebszustände des Motors hin optimierte Gruppen von
Spritzöffnungen mit optimierten Öffnungsdrücken getrennt und
alternativ anzusteuern. Durch die Vereinigung der beiden Ven
tilnadeln in einer einzigen Einspritzdüse ist ein äußerst kom
pakter Aufbau möglich. Der Abstand der Achsen der beiden Ven
tilnadeln 6a und 6b kann dabei weniger als 5 mm betragen. Da
durch ist es möglich, beide Gruppen von Spritzöffnungen prak
tisch in der Brennraummitte anzuordnen.
Claims (7)
1. Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine mit mindestens
zwei nebeneinander angeordneten Ventilnadeln, die alterna
tiv betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrich
tungen zum Kühlen der jeweils nicht in Betrieb befindli
chen Düsenkuppe (36a, 36b) vorgesehen sind.
2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtungen zur Kühlung aus Kraftstoffleitungen be
stehen.
3. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise elektromagnetisch be
tätigbares Schaltorgan (16) mit zwei Stellungen vorgesehen
ist, das in einer Stellung eine Verbindung des Anschlusses
der Einspritzleitung (21) über die Hochdruckleitung (12a)
mit dem Druckraum (9a) der ersten Ventilnadel (6a) her
stellt und in der zweiten Stellung eine Verbindung des An
schlusses der Einspritzleitung (21) über die zweite Hoch
druckleitung (12b) mit dem Druckraum (9b) der zweiten Ven
tilnadel (6b) herstellt, wobei die jeweils andere Hoch
druckleitung (12b, 12a) mit dem Leckölanschluß (32) ver
bunden ist.
4. Einspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Verbindungskanal (10) zwischen den Druckräumen (9a,
9b) der ersten und der zweiten Ventilnadel (6a, 6b) vorge
sehen ist, durch den während des Einspritzvorganges der
einzuspritzende Kraftstoff von der nicht in Betrieb be
findlichen Ventilnadel (6a, 6b) zur aktiven Ventilna
del (6a, 6b) strömt.
5. Einspritzdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
mit den Ventilnadeln (6a, 6b) Kolben (8a, 8b) verbunden
sind, die in Zylinderräumen (14a, 14b) beweglich angeord
net sind, wobei der Zylinderraum (14a, 14b) jeder Ventil
nadel (6a, 6b) mit der zugehörigen Hochdruckleitung (12a,
12b) in Verbindung steht und daß unmittelbar vor dem
Druckraum (9a, 9b) jeder Ventilnadel (6a, 6b) ein Rück
schlagventil (11a, 11b) vorgesehen ist, das einen Durch
fluß des Kraftstoffes zum Druckraum (9a, 9b) der Ventilna
del (6a, 6b) hin gestattet.
6. Einspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Kühlanschluß (32) vorgesehen ist, durch den Kraftstoff
zu der nicht in Betrieb befindlichen Ventilnadel (6a, 6b)
gefördert werden kann.
7. Einspritzdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kühlanschluß (32) über eine Leitung (33) mit einem ge
meinsamen Federraum (27) für die Federn (25a, 25b) der
beiden Ventilnadeln (6a, 6b) verbunden ist und daß von
diesem gemeinsamen Federraum (27) zwei mit Rückschlagven
tilen (29a, 29b) versehene Kühlleitungen (31a, 31b) zu den
Druckräumen (9a, 9b) der beiden Ventilnadeln (6a, 6b) füh
ren.
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