DE4115478C2 - Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für eine Brennkraft­ maschine mit mindestens zwei nebeneinander angeordneten Ventil­ nadeln, die alternativ betätigbar sind, mit einem Schaltorgan mit zwei Stellungen das in einer Stellung eine Verbindung des Anschlusses der Einspritzleitung über die Hochdruckleitung mit dem Druckraum der ersten Ventilnadel herstellt und in der zweiten Stellung eine Verbindung des Anschlusses der Ein­ spritzleitung über die zweite Hochdruckleitung mit dem Druck­ raum der zweiten Ventilnadel herstellt, wobei die jeweils an­ dere Hochdruckleitung mit dem Leckölanschluß verbunden ist.

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 0 028 288 A1 ist ein Düsenhalter mit zwei nebenein­ ander angeordneten Ventilnadeln bekannt. Eine weitere bekannte Ausführungsvariante, 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 ermöglichen, 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.

Aus der DE 19 14 742 A ist eine Brennstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der bei kleinen Lasten die Dü­ senkuppe durch Kraftstoff gekühlt wird, um die Verkokungsgefahr zu verringern. Auch aus der JP 61-16259 A ist eine Vorrichtung zum Kühlen der nicht benutzten, d. h. nicht einspritzenden, Dü­ senkuppe bekannt.

Die DE 30 03 106 A1 zeigt ein Kraftstoffzuführsystem mit vier Einspritzdüsen, wobei über ein elektromagnetisch betätigtes Schaltorgan jeweils zwei Einspritzdüsen direkt angesteuert wer­ den. Eine Kühlvorrichtung für nicht in Betrieb befindliche Dü­ senkuppen ist keine vorgesehen.

Weiters sind aus der CH 623 114 A5 und der DE 43 32 99 C Ein­ spritzvorrichtungen mit mehreren federbelasteten Ventilnadeln bekannt, deren Druckräume über Kanäle miteinander in Verbindung stehen. Eine wirksame Kühlung von nicht benutzten Düsenkuppen zur zuverlässigen Verhinderung von Verkoken kann damit aller­ dings nicht erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspritzdüse der eingangs genannten Art weiterzuentwickeln, daß ein Verkoken zuverlässig verhindert wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Vorrichtungen zum Kühlen der jeweils nicht in Betrieb befindlichen Düsenkuppe vorgesehen sind, wobei 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, daß mit den Ventilnadeln Kolben verbunden sind, die in Zylinderräumen beweglich angeordnet sind, wobei der Zylinderraum jeder Ventilnadel mit der zugehö­ rigen Hochdruckleitung in Verbindung steht und daß unmittelbar vor dem Druckraum jeder Ventilnadel ein Rückschlagventil vorge­ sehen ist, das einen Durchfluß des Kraftstoffes zum Druckraum der Ventilnadel hin gestattet.

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.

Die Vorrichtungen zur Kühlung bestehen somit aus Kraftstofflei­ tungen. Dies bedeutet, daß als Kühlmedium der Kraftstoff selbst herangezogen wird. Dies ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau der Einspritzdüse ohne zusätzliche Anschlüsse für ein Kühlmedium. Außerdem kann die Problematik einer Abdichtung zwischen dem Kraftstoff und einem gesonderten Kühlmedium ver­ mieden werden.

Eine solche Einspritzdüse weist lediglich einen einzigen An­ schluß für eine Einspritzleitung auf. Als Einspritzpumpe kann jede bekannte Ausführungsform vorgesehen sein, wobei keinerlei besondere Maßnahmen zur Anpassung an die erfindungsgemäße Ein­ spritzdüse erforderlich sind. Im Fall eines elektromagnetisch betätigbaren Schaltorganes ist lediglich ein elektrischer An­ schluß für die Betätigung des Schaltmagnetes vorzusehen.

Über den Verbindungskanal zwischen den Druckräumen der ersten und der zweiten Ventilnadel kann durch das Schaltorgan die Hochdruckleitung der nicht in Betrieb befindlichen Ventilnadel mit der Einspritzleitung verbunden werden. Während der Ein­ spritzung strömt der Kraftstoff durch diese Hochdruckleitung in den Druckraum der nicht in Betrieb befindlichen 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 Kraft­ stoff gekühlt. Diese Ventilnadel muß durch geeignete Maßnahmen in ihrer geschlossenen Stellung festgehalten werden.

Dies wird durch die mit den Ventilnadeln verbundenen Kolben er­ reicht. Über eine Abzweigung der Hochdruckleitung wird der Zy­ linderraum der nicht in Betrieb befindlichen Ventilnadel mit Einspritzdruck beaufschlagt, sodaß diese Ventilnadel nicht von ihrem Sitz abheben kann. Die Rückschlagventile verhindern, daß der Zylinderraum der in Betrieb befindlichen Ventilnadel mit Einspritzdruck beaufschlagt wird. Außerdem verhindern sie ein Abströmen des einzuspritzenden Kraftstoffes in das Leckölsy­ stem.

In einer anderen, besonders einfachen und kompakten Ausführung der Erfindung sind Vorrichtungen zum Kühlen der jeweils nicht in Betrieb befindlichen Düsenkuppe und ein Kühlanschluß vorge­ sehen, durch den Kraftstoff zu der nicht in Betrieb befindli­ chen Ventilnadel gefördert werden kann, wobei der Kühlanschluß über eine Leitung mit einem gemeinsamen Federraum für die Fe­ dern der beiden Ventilnadeln verbunden ist und wobei von diesem gemeinsamen Federraum zwei mit Rückschlagventilen versehene Kühlleitungen zu den Druckräumen der beiden Ventilnadeln füh­ ren. Die nicht in Betrieb befindliche Düse wird dabei über einen eigenen Kreislauf mit Kraftstoff gekühlt. Dazu ist au­ ßerhalb 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.

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 Ringraum 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 (2)

1. Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei nebeneinander angeordneten Ventilnadeln (6a, 6b), die alternativ betätigbar sind, mit einem Schaltorgan (16) mit zwei Stellungen das in einer Stellung eine Verbindung des Anschlusses der Einspritzleitung (21) über die Hochdruck­ leitung (12a) mit dem Druckraum (9a) der ersten Ventilna­ del (6a) herstellt und in der zweiten Stellung eine Ver­ bindung des Anschlusses der Einspritzleitung (21) über die zweite Hochdruckleitung (12b) mit dem Druckraum (9b) der zweiten Ventilnadel (6b) herstellt, wobei die jeweils an­ dere Hochdruckleitung (12b, 12a) mit dem Leckölan­ schluß (24) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen zum Kühlen der jeweils nicht in Betrieb be­ findlichen Düsenkuppe (36a, 36b) vorgesehen sind, wobei ein Verbindungskanal (10) zwischen den Druckräumen (9a, 9b) der ersten und der zweiten Ventilnadel (6a, 6b) vorgesehen ist, durch den während des Einspritzvorganges der einzu­ spritzende Kraftstoff von der nicht in Betrieb befindlichen Ventilnadel (6a, 6b) zur aktiven Ventilnadel (6a, 6b) strömt, daß mit den Ventilnadeln (6a, 6b) Kolben (8a, 8b) verbunden sind, die in Zylinderräumen (14a, 14b) beweglich angeordnet sind, wobei der Zylinderraum (14a, 14b) jeder Ventilnadel (6a, 6b) mit der zugehörigen Hochdrucklei­ tung (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 Durchfluß des Kraftstoffes zum Druckraum (9a, 9b) der Ventilna­ del (6a, 6b) hin gestattet.

2. Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei nebeneinander angeordneten Ventilnadeln (6a, 6b), die alternativ betätigbar sind, mit einem Schaltorgan (16) mit zwei Stellungen, das in einer Stellung eine Verbindung des Anschlusses der Einspritzleitung (21) über die Hochdruck­ leitung (12a) mit dem Druckraum (9a) der ersten Ventilna­ del (6a) herstellt und in der zweiten Stellung eine Ver­ bindung des Anschlusses der Einspritzleitung (21) über die zweite Hochdruckleitung (12b) mit dem Druckraum (9b) der zweiten Ventilnadel (6b) herstellt, wobei die jeweils an­ dere Hochdruckleitung (12b, 12a) mit dem Leckölan­ schluß (24) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen zum Kühlen der jeweils nicht in Betrieb be­ findlichen Düsenkuppe (36a, 36b) vorgesehen sind, wobei ein Kühlanschluß (32) vorgesehen ist, durch den Kraftstoff zu der nicht in Betrieb befindlichen Ventilnadel (6a, 6b) ge­ fördert werden kann, wobei der Kühlanschluß (32) über eine Leitung (33) mit einem gemeinsamen Federraum (27) für die Federn (25a, 25b) der beiden Ventilnadeln (6a, 6b) verbun­ den ist und wobei von diesem gemeinsamen Federraum (27) zwei mit Rückschlagventilen (29a, 29b) versehene Kühllei­ tungen (31a, 31b) zu den Druckräumen (9a, 9b) der beiden Ventilnadeln (6a, 6b) führen.