DE4115478A1 - Einspritzduese fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

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.