DE4432686C2 - Querschnittgesteuerte Einspritzdüse - Google Patents
Querschnittgesteuerte EinspritzdüseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraft
maschinen nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine derartige Einspritzdüse ist aus der DE-OS 27 11 393 bekannt.
Sie ist jedoch nur hinsichtlich Vor- und Haupteinspritzung steuer
bar; mit anderen Worten: Beide Nadeln werden bei jeder Einspritzung
der Reihe nach geöffnet. Bei dieser ist eine sehr lange Innennadel
mit einem über der Schließfeder für die Hohlnadel angeordneten Steu
erkolben in axialer Richtung formschlüssig gekoppelt, wobei an dem
Steuerkolben eine weitere Schließfeder angreift. Der Raum unter dem
Steuerkolben ist mit einer Quelle geregelten Druckes verbunden, der
entgegen der Schließrichtung auf den Steuerkolben und in Schließ
richtung auf die Innennadel und die Hohlnadel wirkt. Bei Zunahme des
Steuerdruckes nimmt der Öffnungsdruck der Innennadel ab. Dadurch
öffnet die Innennadel bei Wegfall des Steuerdruckes, etwa bei Defekt
des Steuersystemes oder bei plötzlicher Laständerung, zu spät oder
gar nicht. Die Folge davon ist, daß der Druck in der Düse so stark
ansteigt, daß diese zerstört werden kann.
Außerdem nachteilig ist an dieser Anordnung, daß die Steuerung durch
Verstellung der Federvorspannung erfolgt, was eine große Steuer
flüssigkeitsmenge mit hohem Druck erfordert und die
Umsteuerzeit verlängert. Weiterhin ist die Bauhöhe einer solchen
Düse durch die Federanordnung und die lange Innennadel erheblich und
der Einbau in eine Pumpendüse nicht möglich. Der obere Anschlag für
die Innennadel schließlich ist durch die lange Innennadel sehr weit
entfernt und seine Lage ist wegen der langen Toleranzkette nicht
genau definierbar.
Eine weitere derartige Einspritzdüse ist aus der DE-OS 41 15 457
bekannt. Bei dieser stützt sich die Innennadel über eine zweite
Schließfeder an der Hohlnadel oder an einem mit dieser
zusammenwirkenden Anschlag ab. Die Verstellvorrichtung wirkt auf einen
Anschlag, der den Hub einer der beiden Nadeln begrenzt. Die
Innennadel weist einen Absatz auf, der mit Spiel mit einer Schulter
der Hohlnadel zusammenwirkt.
Durch den Ansatz wird die Innennadel hart und zwangsläufig nach
einem bestimmten Weg der Hohlnadel mitgerissen. Durch das Spiel
zwischen Absatz und Schulter ist der Hub der Hohlnadel ohne Mitnahme
der Innennadel begrenzt. Diese Zwangsläufe schränken die
Verstellmöglichkeiten ein, vor allem wenn nebst dem
Spritzquerschnitt auch die Strahlform beeinflußt werden soll,
wodurch eine Anpassung an die Erfordernisse des ganzen
Motorkennfeldes nicht möglich ist.
Weitere, bei Düsen für höchste Einspritzdrücke vorkommende,
dynamische und hydrodynamische Probleme werden durch die Bauart mit
zwei konzentrischen Düsennadeln noch größer und erfordern daher
zusätzliche Maßnahmen. Hohe Einspritzdrücke bedeuten starke
Schließfedern. Diese erzeugen durch das Zusammenbrechen des
Einspritzdruckes bei Förderende harte metallische Schläge beim
Schließen, was die Lebensdauer beeinträchtigt. Besonders schädlich
ist es bei Hohlnadeln mit ihrer relativ geringen Aufstandsfläche,
ungedämpft auf dem Sitz aufzuschlagen. Durch die geringe
Aufstandsfläche ist die Dämpfung durch den darunter befindlichen
Brennstoff nur sehr gering. Aber auch die Dämpfung durch den
zwischen den aufeinanderschlagenden Flächen befindlichen Brennstoff
verursacht Probleme.
Beim Aufschlag von Düsennadeln auf ihrem Sitz entsteht eine
Quetschströmung, deren Geschwindigkeit mit Annäherung der beiden
Sitzflächen explosionsartig zunimmt. In deren Nachlauf entsteht ein
Unterdruck, der zu ausgeprägter Kavitation führt. Bei Reflexion kann
sich dieser Effekt sogar wiederholen. Wenn die Kavitation dann auch
noch an Flächen nagt, deren Größe den Öffnungs- oder Schließdruck
bestimmt, geht zusätzlich zum Verschleiß frühzeitig die
Funktionsgenauigkeit der Düse verloren.
Funktionsgenauigkeit und deren Aufrechterhaltung über die gesamte
Lebensdauer einer Düse ist aber im Hinblick auf Schadstoffemissionen
von größter Bedeutung. Die Minimierung der Emission, vor allem von
Partikeln und Kohlenwasserstoffen, in allen Betriebszuständen ist
das vorrangige Entwicklungsziel der heutigen Dieseleinspritztechnik.
Nach den zukünftigen Emissionsvorschriften werden Grenzwerte auch
noch nach einer bestimmten Lebensdauer einzuhalten sein. Mit voller
Geschwindigkeit angefahrene verstellbare Anschläge, Kavitation und
lange Toleranzketten beeinträchtigen die Funktionsgenauigkeit,
besonders nach einer gewissen Betriebszeit.
Aus der DE 29 43 896 A1 ist eine gattungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse
mit Innen- und Hohlnadel und einem als Schiebeventil wirksamen
Steuerkolben bekannt, der in Abhängigkeit von Motorkennfelddaten ge
steuert wird.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße
Einspritzdüse zu schaffen, die eine Anpassung des zeitlichen
Verlaufes der Spritzbohrungsquerschnitte an alle Betriebszustände
und damit die genaueste Steuerung von Einspritzverlauf und
Strahlform gestattet, wobei höchste und dauerhafte
Funktionsgenauigkeit mit möglichst geringem konstruktivem Aufwand zu
erzielen sind.
Die Lösung der Aufgabe wird durch das Zusammenwirken der im ersten
Anspruch angeführten kennzeichnenden Merkmale erreicht.
Dadurch, daß in der Hohlnadel über der Innennadel ein Steuerkolben
vorgesehen ist, der eine mit dem oberen Ende der Innennadel
zusammenwirkende erste Anschlagfläche und eine mit der Hohlnadel
zusammenwirkende zweite Anschlagfläche aufweist, wird zunächst
einmal ein sehr kompaktes Ensemble mit kleinen Abmessungen, geringen
Massen und kleinen bewegungsrelevanten Toleranzen geschaffen. Wenn
die Hohlnadel geöffnet ist, wird zwar der zeitweise als Anschlag
wirkende Steuerkolben, nicht aber die Ventilnadel selbst durch die
zweite Anschlagfläche zwangsläufig mitgenommen; die Innennadel wird
dann nur durch den variablen Steuerdruck niedergehalten, der in der
den ersten Anschlag umgebenden Kammer herrscht. Mit dem Druck in
dieser Kammer wird die auf die Ventilnadel wirkende Schließkraft
eingestellt. Außerdem wirkt die in der Kammer befindliche
Steuerflüssigkeit dämpfend. Im Zusammenwirken mit der sehr schmalen
Druckschulter am Übergang zwischen dem konischen Ende und dem
zylindrischen Teil wird erreicht, daß ein sehr geringer Steuerdruck
(größenordnungsmäßig weniger als ein Zehntel des Einspritzdruckes)
ausreicht. Das verbessert die Regelgüte, verringert die
Steuerflüssigkeitsleckmenge und ermöglicht eine einfache Zufuhr des
Steuermediums zur Düse. Das ist bei Einspritzdüsen für mit Schweröl
betriebene große bis sehr große Motoren mit flachem Brennraum auch
ein besonderer wirtschaftlicher Vorteil.
Der Nutzen für die Regelgüte besteht nicht nur in den geringeren
Kräften und deren leichterer Steuerbarkeit in einem weiteren
Bereich, sondern auch darin, daß die Innennadel auch dann öffnen
kann, wenn der Druck in der Kammer etwa noch für kleine Last hoch
ist, aber die Einspritzpumpe bereits auf volle Leistung und somit
höchsten Einspritzdruck gestellt ist. Dadurch ist keine Zerstörung
der Düse zu fürchten und die Parameter der Steuerung können für
höchste Genauigkeit gewählt werden. Die sehr schmale Druckschulter
am Übergang zwischen konischem Ende und zylindrischem Teil der
Innennadel stellt letzten Endes auch einen wirksamen Schutz der Düse
bei Versagen der Steuerung dar.
Dadurch, daß die mit der Steuerflüssigkeit beaufschlagte Kammer in
der Hohlnadel in der Höhe der ersten Anschlagfläche ausgebildet ist,
haben weder die Bewegungen von Hohlnadel und Innennadel noch die
Pulsationen des Einspritzdruckverlaufes eine nennenswerte
Rückwirkung auf den Druck in der Kammer, vor allem bei niederem
Steuerdruck, also großer Last. Auch das wirkt sich vorteilhaft auf
das Steuerverhalten aus.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der
Steuerkolben einen Kopf größeren Durchmesser auf, dessen Unterseite
die erste Anschlagschulter bildet, die mit dem oberen Rand der
Hohlnadel zusammenwirkt (Anspruch 2). Das hat konstruktive Vorteile
hinsichtlich der Bauhöhe und gestattet wegen der kurzen
Toleranzkette eine besonders genaue Einstellung der Anschläge.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung besteht zwischen der
ersten Anschlagschulter und dem oberen Rand der Hohlnadel ein kleines
Spiel, wenn Hohlnadel, Innennadel und Steuerkolben sich in
Ruhestellung befinden (Anspruch 3). Die Wirkung des Spieles ist eine
zweifache: Beim Öffnen der Hohlnadel genügt zuerst die Kraft auf die
schmale Druckschulter der Hohlnadel, um die Kraft der Schließfeder
zu überwinden. Wenn das Spiel aufgebraucht ist, wirkt der
Einspritzdruck auch auf die untere Kegelstumpffläche der Hohlnadel,
dann aber auch entgegen der zweiten Schließfeder. Durch die
geringere Kraft der beim Öffnen zuerst allein wirkenden Schließfeder
der Hohlnadel ist aber auch der metallische Schlag beim Schließen
abgeschwächt.
Weiterhin wirkt das Spiel der Ausbildung von Kavitation, besonders
an der Innennadel, entgegen. Es sichert bei entsprechend ausgelegten
Federn einen genau definierten Schließverlauf, wobei immer zuerst
die Innennadel schließt. Dabei ist die Quetschströmung aus dem Sitz
der Innennadel in die Sitzzone der Hohlnadel gerichtet, wenn diese
noch nicht ganz geschlossen ist. Das verzögert diese
Quetschströmung, und gegebenenfalls auch eine durch Reflexion
entstehende Rückströmung, so stark, daß in deren Nachlauf keine
Kavitation mehr auftritt.
Im Rahmen der Erfindung können die Spritzbohrungen sehr verschieden
bemessen und angeordnet sein. Wesentlich ist, daß in allen
Betriebspunkten Anzahl und Querschnitt der freigelegten
Spritzbohrungen die erforderliche Menge durchlassen und die
erwünschte Strahlform erzeugen. So wird beispielsweise im Leerlauf
und bei Teillast nur die Hohlnadel geöffnet, die Innennadel bleibt
sitzen, bei hoher Last bis Vollast beide Nadeln, wobei der
Öffnungsdruck der Innennadel vom Steuerdruck abhängt. Dabei kann
durch die erfindungsgemäß geschaffende hydraulische Steuerung der
Zeitablauf jeder Einspritzung genau und reproduzierbar eingestellt
werden. Dadurch ist die Erfindung auch für Motoren aller
Brennraumformen und Größen, vom großen Motor mit flachem Brennraum
bis zum schnellaufenden Motor mit Brennraummulde im Kolben, bestens
geeignet.
In einer für Motoren mit flachem Brennraum großen Durchmessers
bevorzugten Ausführungsform ist der Querschnitt der der Hohlnadel
zugeordneten Spritzbohrungen kleiner als der der der Innennadel
zugeordneten Spritzbohrungen und die der Hohlnadel zugeordneten
Spritzbohrungen gehen von einem Ringraum zwischen dem Sitz von
Hohlnadel und Innennadel aus (Anspruch 4). Wegen des
Zylinderdurchmessers und der deshalb erforderlichen Reichweite der
Spritzstrahlen sind bei solchen Motoren sitzgebohrte Spritzbohrungen
unüblich. Die der Hohlnadel zugeordneten Spritzbohrungen sind vom
Druckraum her mit geringen Druckverlusten erreichbar, was eine
bessere Anströmung der oberen Spritzbohrungen und eine größere
Reichweite der Einspritzstrahlen bei für diese Brennraumform
ausreichender Zerstäubung gestattet. Bis zu den der Innennadel
zugeordneten Spritzbohrungen ist der Weg länger und daher sind die
Drosselverluste größer, was durch die größeren Spritzbohrungen
kompensiert werden kann. Außerdem werden diese ja nur bei hoher Last
freigegeben. Sonst sind sie geschlossen, dadurch können an ihnen
keine Verkokungen auftreten. Schließlich trägt der Ringraum mit der
verminderten Anzahl in den Verbrennungsraum offener Bohrungen auch
noch zur Aufschlagdämpfung der Hohlnadel bei.
In einer für Motoren mit Brennraummulde im Kolben vorteilhaften
Ausführungsform sind die der Hohlnadel zugeordneten Spritzbohrungen
sitzgebohrt und die Schließfedern so bemessen, daß die Hohlnadel in
der Stellung, in der das Spiel aufgebraucht ist, innehält (Anspruch 5).
So kann im Zusammenwirken mit dem Spiel gemaß Anspruch 3 durch
Dimensionierung der Federn die Einspritzung aus den der Hohlnadel
zugeordneten Bohrungen moduliert werden, wie es etwa im
EP-Patent 413 173 beschrieben ist. Solange das Spiel reicht, wird
die Hohlnadel nur gegen die Kraft der eigenen Schließfeder
angehoben. Durch den geringen Abstand der konischen Dichtflächen
entstehen in dieser ersten Hubphase extrem stark zerstäubte und
aufgefächerte Einspritzstrahlen. Erst bei weiterem Ansteigen des
Einspritzdruckes hebt sich die Hohlnadel weiter, gegen die Kraft
beider Schließfedern, das ist die zweite Hubphase. Daran kann dann
bei hoher Last und gesteuert durch den Steuerdruck das Öffnen der
Innennadel anschließen.
Die Verteilung der Spritzbohrungen auf zwei Ebenen hat bei
modulierter Einspritzung noch den zusätzlichen Vorteil, daß weniger
Spritzbohrungen über den Umfang verteilt sind, wodurch die buschigen
Strahlen der ersten Hubphase einander nicht überschneiden können,
was zu erhöhten Kohlenwasserstoffemissionen führen würde.
In weiterer Verfeinerung der Erfindung kann der Anschlag, an dem
sich die Schließfeder der Hohlnadel im Düsenkörper abstützt, noch
verstellbar ausgeführt sein (Anspruch 6). Durch diese
Verstellmöglichkeit kann beim Zusammenbau der Düse eine Eichung
vorgenommen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben
und erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Düse in
geschlossener Stellung,
Fig. 2 Detail A der Fig. 1, vergrößert in einer ersten
Ausführungsform,
Fig. 3 Detail A der Fig. 1, vergrößert in einer zweiten
Ausführungsform,
Fig. 4 Wie Fig. 1, jedoch in einer ersten Arbeitsstellung,
Fig. 5 Wie Fig. 1, jedoch in einer zweiten Arbeitsstellung,
Fig. 6 Wie Fig. 1, jedoch in einer dritten Arbeitsstellung.
Die in Fig. 1 teilweise dargestellte Einspritzdüse, sie könnte auch
Teil einer Pumpendüse sein, ist der Düsenhalter mit 1 und der
Düsenkörper mit 2 bezeichnet, beide werden von einer Überwurfmutter
3 zusammengehalten. Im Düsenkörper 2 führt eine Bohrung als
Hochdruckleitung 4 zu einem Druckraum 5. Durch die Hochdruckleitung
4 wird der Brennstoff von einer nicht dargestellten Einspritzpumpe
aus zugeführt. Der unterste Teil des Düsenkörpers 2 bildet eine
Düsenkuppe 6, in deren Innerem ein oder mehrere Sitzkegel 7
vorgesehen sind. Von diesem gehen obere Spritzbohrungen 8 und untere
Spritzbohrungen 9, in Fig. 1 nur durch deren Mittellinien
dargestellt, aus.
Im Inneren des Düsenkörpers 2 ist eine Hohlnadel 10 axial beweglich
und dicht geführt. Die Hohlnadel 10 ist im Druckraum mit einer
Druckschulter 11 versehen, an der der Einspritzdruck angreift. Im
Inneren der Hohlnadel 10 ist eine Innennadel 12 dichtend und
längsverschieblich geführt, über ihr ein Steuerkolben 13, der aus
Fertigungsgründen den gleichen Durchmesser aufweisen kann. Am
unteren Ende des Steuerkolbens 13 ist eine Anschlagfläche 14
ausgebildet, die mit einem Zapfen 15 zusammenwirkt, der hier das
obere Ende der Innennadel 12 ist. Ebensogut könnte der Zapfen 15
Teil des Steuerkolbens 13 und die Anschlagfläche 14 am oberen Ende
der Innennadel 12 ausgebildet sein. Zwischen dem Zapfen 15, dessen
Durchmesser kleiner als der der Innennadel ist, und der Innenwand
der Hohlnadel 10 ist eine Kammer 16 ausgebildet, die durch eine
Querbohrung 17 der Hohlnadel hindurch mit einem Steuerkanal 18 in
Verbindung steht, der von einer nicht dargestellten und separat
steuerbaren Steuerdruckquelle mit variablem Druck beaufschlagbar ist.
Am oberen Ende des Steuerkolbens 13 ist ein Kopf 22 größeren
Durchmessers ausgebildet. Dieser weist an seiner Unterseite eine
erste Anschlagschulter 23 auf, die mit dem oberen Rand 24 der
Hohlnadel 10 zusammenwirkt. Auf dem oberen Rand 24 der Hohlnadel 10
stützt sich auch ein erstes Druckstück 25 mit einem Teil seiner
Bodenfläche 26 auf. Auf dieses wirkt eine erste Schließfeder 27 über
einen Zentrierring 28. Der Hub des ersten Druckstückes 25 ist durch
eine zweite Anschlagschulter 29 des Düsenhalters 1 begrenzt.
Zwischen dem oberen Rand 24 der Hohlnadel 10 und der ersten
Anschlagschulter 23 des Kopfes 22 besteht bei geschlossenen
Düsennadeln 10, 12 ein kleines Spiel 30 von beispielsweise 15% des
Hubes der Hohlnadel, auf dessen Wirkung später eingegangen wird.
Auf die Oberseite des Kopfes 22 wirkt über ein das erste Druckstück
durchsetzendes zweites Druckstück 31 eine zweite Schließfeder 32.
Der Hub des zweiten Druckstückes 31 ist durch einen zweiten Anschlag
33 begrenzt, dessen obere Querplatte 34 sich an einer Stützschulter
35 des Düsenhalters abstützt. Die erste Schließfeder 27 stemmt sich
oben über einen Stützring 36 gegen den Düsenhalter 1. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Stützring 36
beispielsweise mittels nur angedeuteter Verstellschrauben 37
einstellbar. Diese Einstellmöglichkeit ist nur für das Justieren der
Düse bei der Herstellung gedacht. Die Schließfedern sind in Fig. 1
aus Gründen der Darstellung nur verkürzt eingezeichnet.
In Fig. 2 ist die Düsenkuppe 6 in einer Ausführungsform für Motoren
mit einem flachen Brennraum großen Durchmessers vergrößert
dargestellt. Die Hohlnadel 10 endet unten in einem Kegelstumpf 40,
der in Ruhe auf den Sitzkegel 7 gepreßt wird. An den Kegelstumpf 40
schließt sich eine achsnormale Abschlußfläche 41 an. Der Sitzkegel 7
ist in der Nähe der Abschlußfläche 41 durch eine Eindrehung 42
unterbrochen, die mit der Abschlußfläche 41 der Hohlnadel 10 und der
Innennadel 12 eine Ringkammer 43 begrenzt. Von dieser gehen die
oberen Spritzbohrungen 8 aus. Die Innennadel 12 ist in der
Ringkammer 43 mit einer Schmalschulter 46 versehen, deren
Durchmessersprung größenordnungsmäßig ein Zehntel des Durchmessers
der Innennadel 12 ausmacht. Daran schließt sich dann eine
Kegelspitze 45 an, die in Ruhe ebenfalls auf den Sitzkegel 7
gepreßt wird. Die unteren Spritzbohrungen 9 sind sitzgebohrt und
gehen von der Sitzfläche der Kegelspitze 45 des Sitzkegels 7 aus.
Der kleine Sack an der Spitze des Sitzkegels 7 ist
bearbeitungsbedingt. Einbuchtungen 47 an der Außenseite der
Spritzbohrungen 8, 9 gewährleisten einen sauberen Austritt des
Strahles und ermöglichen eine Bemessung der Düsenkuppe 6 für
besonders hohe Festigkeit.
Die Ausführungsform der Fig. 3 für Motoren mit einer Brennraummulde
im Kolben unterscheidet sich davon nur dadurch, daß keine Ringkammer
ausgebildet ist und daß die oberen Spritzbohrungen 8′ ebenfalls
sitzgebohrt sind, also bei geschlossener Hohlnadel unter deren
Kegelstumpffläche 40′ enden. Das gestattet die Modulierung der durch
diese Spritzbohrungen 8′ austretenden Strahlen.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Düse wird im Folgenden
beschrieben, wobei die jeweiligen Stellungen durch Indizes
voneinander unterschieden sind:
Wenn, ausgehend von Fig. 1, die beide Düsennadeln 10, 12 in
Ruhestellung zeigt, der Einspritzdruck ansteigt, hebt sich zuerst
die Hohlnadel 10 gegen den Druck nur der ersten Schließfeder 27, bis
das Spiel 30 aufgebraucht ist. Die Innennadel 12 wird von der
zweiten Schließfeder 32 über das zweite Druckstück 31 und den
Steuerkolben 13, der auf ihr aufsitzt, niedergehalten. Ob und wann
sie angehoben wird, hängt von dem in der Kammer 16 herrschenden
Steuerdruck ab. Ist dieser sehr hoch, etwa bei Leerlauf, wird ihr
Öffnungsdruck überhaupt nicht erreicht und sie bleibt während der
gesamten Einspritzung geschlossen. Ist der Steuerdruck sehr nieder,
bei Vollast, ist ihr Öffnungsdruck nur von der zweiten Schließfeder
32 bestimmt. Zwischen diesen beiden Extremen wird der Steuerdruck je
nach Betriebspunkt variiert. Im folgenden wird der Ablauf für einen
mittleren Steuerdruck entsprechend Teillast beschrieben.
In der in Fig. 4 gezeigten Stellung ist die Hohlnadel 10 etwas
geöffnet und das Spiel 30 ist aufgebraucht. Soll die Hohlnadel 10
weiter öffnen, so muß nun auch die Kraft der zweiten Schließfeder 32
überwunden werden. Es wirkt jedoch auch eine größere Kraft auf die
Hohlnadel 10, da der Einspritzdruck jetzt auch auf deren
Kegelstumpffläche 40 (Fig. 2 bzw. Fig. 3) wirkt.
Es hängt somit von der Abstimmung der beiden Schließfedern 27, 32
ab, wie lange die Hohlnadel 10 in dieser Stellung bleibt. Bleibt sie
lange genug, und ist durch Wahl des Steuerdruckes sichergestellt,
daß sich die Innennadel noch nicht hebt, so ist damit auch die Dauer
einer ersten Phase bei modulierter Einspritzung festgelegt.
In Fig. 4 ist zu erkennen, daß die Hohlnadel 10 mit ihrem Druckstück
24 ihren Hub dann noch fortsetzen kann, bis ihr Druckstück 25 die
zweite Anschlagschulter 29 erreicht. Die Innennadel 12 beginnt zu
öffnen, sobald der auf die Schmalschulter 46 wirkende Einspritzdruck
den in der Kammer 16 eingestellten Steuerdruck überwindet, was von
der Bewegung der Hohlnadel vollkommen unabhängig ist.
Wenn diese beiden Bewegungen stattgefunden haben, ist die in Fig. 5
gezeigte vollkommen geöffnete Stellung erreicht. In dieser ist der
Hub der Hohlnadel durch die zweite Anschlagschulter 29 begrenzt. Die
Innennadel 12 hat die Anschlagfläche 14 erreicht, dann aber (bei
sehr geringem Steuerdruck) noch den Steuerkolben 13 und das zweite
Druckstück 31 weiter bis in die gezeigte Stellung 312 geschoben, in
der der Anschlag 33 erreicht ist.
Wenn nun der Einspritzdruck zusammenbricht, beginnt das Schließen
der beiden Nadeln, das durch den eingestellten Steuerdruck in der
Kammer 16 nicht behindert wird. Die Innennadel senkt sich unter dem
Druck der zweiten Schließfeder 32, bis der Kopf 22 mit seiner
Anschlagschulter 23 den oberen Rand 24 der Hohlnadel 10 erreicht
hat. Ab dieser in Fig. 6 gezeigten Stellung kann die Hohlnadel 10
die Innennadel 12 nicht mehr überholen. Dadurch ist sichergestellt,
daß letztere zuerst und nur durch die Kraft der zweiten
Schließfeder 32 den Sitz 7 erreicht. Der Aufschlag ist dadurch
relativ sanft und wird außerdem noch durch den Brennstoff zwischen
dem Kegel 45 und dem Sitz 7 gedämpft. Im Moment des Aufschlages
befindet sich die Hohlnadel 10 in dem durch das Spiel 30 bestimmten
Abstand vom Sitz 7. In den so gebildeten Spalt wird der verdrängte
Brennstoff geschleudert und verliert so seine Geschwindigkeit,
wodurch die Kavitationsgefahr in seinem Nachlauf gebannt ist. Aber
auch der Aufschlag der Hohlnadel am Sitz 7 ist gedämpft: Die
Hohlnadel wird nur von einer Feder (der ersten Schließfeder 27),
also mit weniger Kraft, abwärtsgedrückt. Weiterhin wird sie auch
durch das Brennstoffpolster abgebremst, wobei insbesondere bei
Vorhandensein der Ringkammer 43 durch die reduzierte Anzahl
Spritzbohrungen, die von ihr ausgehen, noch eine zusätzliche
Bremswirkung erzielt wird.
Es ist zu erkennen, daß durch die erfindungsgemäße Gestaltung
einerseits ein sanfter und doch präzise reproduzierbarer
Bewegungsablauf und andererseits ein sehr breiter Steuerbereich auf
niederem Druckniveau erzielt wird, der eine Anpassung an das gesamte
Motorkennfeld erlaubt.
Claims (6)
1. Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen, in deren Düsenkör
per (2) zwei Gruppen von Spritzbohrungen (8, 9; 8′, 9′) angeordnet
sind, die jeweils mittels einer unter der Wirkung je einer Schließ
feder (27, 32) stehenden Hohlnadel (10) und einer in deren Inneren
geführten Innennadel (12) steuerbar sind, wobei die Hohlnadel (10)
in Schließrichtung von der Schließfeder (27) und die Öffnungsrich
tung vom Brennstoffdruck beaufschlagbar ist und die Innennadel (12)
in Schließrichtung von der Schließfeder (32) und von einem auf ei
nen Steuerkolben (13) wirkenden Steuerflüssigkeitsdruck, der unab
hängig von dem die Hohlnadel (10) beaufschlagenden Brennstoffdruck
in Abhängigkeit von Motorkenngrößen änderbar ist, sowie in Öff
nungsrichtung vom Brennstoffdruck nach dem Öffnen der Hohlnadel
(10) beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) der Steuerkolben (13) in der Hohlnadel (10) über der Innennadel (12) angeordnet ist und eine mit dem oberen Ende der Innennadel (12) zusammenwirkende Anschlagfläche (14) und eine mit der Hohlnadel (10) zusammenwirkende erste Anschlagschulter (23) aufweist, und die zweite Schließfeder (32) an der der Innenna del (12) abgewandten Seite auf den Steuerkolben (13) einwirkt,
- b) zwischen Steuerkolben (13) und der dem Steuerkolben (13) zuge kehrten Stirnseite der Innennadel (12) eine Steuerdruckkammer (16) vorgesehen ist, deren Steuerflüssigkeitsdruck auf die ein ander zugewandten Stirnflächen von Innennadel (12) und Steuer kolben (13) wirkt,
- c) die Innennadel (12) an dem den Spritzbohrungen (8, 9; 8′, 9′) zugekehrten Ende mit einer sehr schmalen Druckschulter (46) versehen ist.
2. Einspritzdüse in Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steu
erkolben (13) einen Kopf (22) größeren Durchmessers aufweist, des
sen Unterseite die erste Anschlagschulter (23) bildet, die mit dem
oberen Rand (24) der Hohlnadel (10) zusammenwirkt.
3. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der ersten Anschlagschulter (23) und dem oberen Rand
(24) der Hohlnadel (10) ein kleines Spiel (30) besteht, wenn
Hohlnadel (10), Innennadel (12) und Steuerkolben (13) sich in
Ruhestellung befinden.
4. Einspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Querschnitt der der Hohlnadel (10) zugeordneten Spritzbohrungen
(8) kleiner als der der Innennadel (12) zugeordneten
Spritzbohrungen (9) ist und daß erstere Spritzbohrungen (8) von
einem zwischen den Sitzflächen (7) von Hohlnadel (10) und
Innennadel (12) gebildeten Ringraum (43) ausgehen.
5. Einspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
der Hohlnadel (10′) zugeordneten Spritzbohrungen (8′)
sitzgebohrt sind und daß die Schließfedern (27, 32) so bemessen
sind, daß die Hohlnadel (10) in der Stellung, in der das kleine
Spiel (30) aufgebraucht ist, innehält.
6. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schließfeder (27) der Hohlnadel (10) sich im Düsenhalter (1) an
einem einstellbaren Stützring (36) abstützt.
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Owner name: MAN DIESEL SE, 86153 AUGSBURG, DE |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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R071 | Expiry of right | ||
R071 | Expiry of right |