DE69312204T2

DE69312204T2 - Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil mit gedämpftem Kolben-Anschlag

Info

Publication number: DE69312204T2
Application number: DE69312204T
Authority: DE
Inventors: David P Genter; Lester L Peters
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1993-09-16
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: EP0592834A1; EP0592834B1; JPH0826831B2; DE69312204D1; US5299738A; JPH06193532A

Description

Hintergrund der Erfindung

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Hochdruck-Kraftstoffinjektoren für Innenverbrennungsmotoren des Typs, die einen Plungerkolbenaufbau mit mehreren Plungerkolben aufweisen, der in eine Zentralbohrung im Körper des Kraftstoffinjektors für eine hin- und hergehende Bewegung eingebaut ist. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen solchen Kraftstoffinjektor, bei dem der Plungerkolbenaufbau einen oberen Plungerkolben und einen unteren Plungerkolben, die in die zentrale Bohrung für eine hin- und hergehen de Bewegung eingebaut sind, sowie eine Einspritzkammer mit variablem Volumen im unteren Ende der Zentralbohrung zwischen der Einspritzöffnung und dem unteren Ende des unteren Plungerkolbens umfaßt.

Beschreibung des Standes der Technik

Ein Kraftstoffinjektor der eingangs beschriebenen Art ist zum Beispiel aus US-Patent Nr. 4,721,247 und 4,986,472 (deren Inhaberin die Anmelderin dieser Anmeldung ist) bekannt. Diese Kraftstoffinjektoren, die eine Verbesserung der bis dahin existierenden Kraftstoffeinspritzsysteme darstellen, weisen eine Rückholfeder auf, die dazu dient, den unteren Einspritzplungerkolben aufwärts in Eingriff mit einem Zwischenplungerkolben zu treiben, um diese Plungerkolben mit einem oberen Plungerkolben nach Vollendung eines Einspritzzyklus zusammenzubringen, bis die Zumessung und Zeitpunkteinstellung für den nächsten Zyklus angefangen hat, und dadurch eine Vorspannkraft zur Verfügung zu stellen, die überwunden werden muß, um Zeitsteuerfluid in die Zeitsteuerkammer (zwischen dem oberen und dem Zwischenplungerkolben) zuzumessen, um die Vorverstellung des Einspritzzeitpunkts zu variieren. Obwohl zeitweise eine relative Bewegung zwischen den Plungerkolben des Plungerkolbenaufbaus auftritt, führt so der untere Plungerkolben während der Rückwärtsbewegung des Plungerkolbenaufbaus den gleichen Rückwärtshub wie der obere Plungerkolben aus. Folglich wird während des Rückwärtshubs des Plungerkolbenaufbaus eine beträchtliche Menge an Luft aus der Brennkammer des Motors durch die offene Düse in die Kraftstoffzumesseinspritzkammer mit variablem Volumen eingesaugt. Diese mit Kraftstoff angereicherte Luft kann explodieren, wenn sie während des nächsten Einspritzhubs komprimiert wird, und führt dann ebenfalls zu einer vorzeitigen Zündung des in die Einspritzkammer dosierten Kraftstoffs. Während der Entwicklung der vorliegenden Erfindung wurde tatsächlich ein Versuch gemacht, einen feststehenden Anschlag zu verwenden; jedoch zeigte dieser Anschlag nach wenigen Betriebsstunden einen extremen Verschleiß und Risse, da der Plungerkolben mit fast maximaler Plungerkolbenrückwärtsgeschwindigkeit auf den Anschlag auftraf.
Natürlich ist die Verwendung von Anschlägen, um den Hub eines hin- und herbewegbaren Teils zu begrenzen, in einer großen Vielzahl von Anwendungsfällen allgemein bekannt, die zu zahlreich sind, um diese aufzuführen. Jedoch ist bei einem Plungerkolbenaufbau eines Rochdruck-Kraftstoffinjektors unter verschiedenen Gesichtspunkten einschließlich der Abnutzung, der Geräusche usw. ein wiederholter Metall- auf-Metall-Kontakt mit hoher Geschwindigkeit zwischen einem Plungerkolben und einem Injektorkörperbauteil, bei dem der Impuls bzw. die kinetische Energie des Plungerkolbens von dem Injektorkörperbauteil absorbiert werden muß, unerwünscht.
Ein Injektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US - A - 5,033,442 bekannt. Der untere Plungerkolben weist einen oberen Federhalter auf, der an einer inneren Schulter einer Plungerkolbenbüchse zur Anlage kommt und mit dem unteren Plungerkolben über einen Plungerkolbenflansch am oberen Ende des unteren Plungerkolbens in Eingriff tritt.
Eine Rückholfeder übt eine nach oben gerichtete Kraft auf den Federhalter aus, wodurch der untere Plungerkolben nach oben getrieben wird. Die Rückwärtsbewegung des oberen Federhalters ist auf weniger als die Rückwärtsbewegung eines oberen Plungerkolbens dadurch begrenzt, daß der obere Federhalter an der Schulter der Plungerkolbenbüchse zur Anlage kommt.
Ein Plungerkolbenoberteil ist in einer zentralen Bohrung des unteren Plungerkolbens axial verschieblich und wird in seiner oberen Position durch eine Schraubenfeder innerhaib der zentralen Bohrung gehalten. Die Federkraft der Schraubenfeder ist geringer als die der auf den unteren Plungerkolben wirkenden Rückholfeder.

Zusammenfassung der Erfindung

Unter Berücksichtigung des Vorgenannten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Hochdruck-Kraftstoffinjektor für Innenverbrennungsmotoren zu schaffen, bei dem das Problem, daß große Mengen Luft in den Injektor aus der Brennkammer während des Rückwärtshubs eingesaugt werden, die dann bis zum Zündpunkt während des Einspritzhubs komprimiert werden, verhindert werden kann.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Hochdruck-Kraftstoffinjektor für Innenverbrennungsmotoren zu schaffen, der die voranstehende Aufgabe erreichen kann, indem der Rückwärtshub des unteren Plungerkolbens auf einen wesentlich geringeren Hub als der Hub des oberen Plungerkolbens des Plungerkolbenaufbaus begrenzt wird.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hochdruck-Kraftstoffinjektor für Innenverbrennungsmotoren zu schaffen, der eine verbesserte untere Plungerkolben- und Rückholfederanordnung verwendet, die eine gedämpfte Abbremsung der Rückwärtsbewegung des unteren Plungerkolbens realisiert.
Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehenden Aufgaben in einer Art zu lösen, die es den Kraftstoffinjektoren ermöglicht, daß sie verschiedene maximale Einspritzmengen aus dem gleichen Basissatz von Bauelementen erzeugen können, ohne daß es erforderlich ist, mehr als den Rückholfederaufbau und die Injektorkappe auszutauschen.
Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden diese Aufgaben durch einen verbesserten Hochdruck-Kraftstoffinjektor für Innenverbrennungsmotoren erreicht, der von dem Typ ist, der einen Plungerkolbenaufbau mit einer Vielzahl von Plungerkolben aufweist, der in eine zentrale Bohrung innerhalb des Körpers des Kraftstoffinjektors für eine hin- und hergehende Bewegung eingebaut ist, wobei der Plungerkolbenaufbau einen oberen Plungerkolben und einen unteren Plungerkolbe n, die für eine hin- und hergehende Bewegung in die zentrale Bohrung eingebaut sind, und eine Einspritzkammer mit variablem Volumen am unteren Ende der zentralen Bohrung zwischen der Einspritzöffnung und einem unteren Ende des unteren Plungerkolbens aufweist. Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen wird das Problem, daß große Mengen an Luft in den Injektor aus der Brennkammer während des Rückwärtshubs eingesaugt werden, vermieden, indem der Rückwärtshub des unteren Plungerkolbens auf eine Strecke, die wesentlich geringer als diejenige des Hubs des oberen Plungerkolbens des Plungerkolbenaufbaus ist, durch einen gedämpften Anschlag bzw. eine gedämpfte Abbremsung der Rückwärtsbewegung des unteren Plungerkolbens begrenzt wird, was durch einen Federanschlag erreicht wird, der optional hydraulisch gedämpft sein kann. Der Injektor kann auch in der Lage sein, verschiedene maximale Einspritzmengen zuzulassen, die aus der gleichen Basisgruppe von Bauteilen durch Auswahl zwischen Federhaltern verschiedener Dicke und/oder Auswahl zwischen Injektorkappen mit unterschiedlich groß dimensionierten Einspritzkammern erzeugt werden.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung bei Betrachtung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung deutlicher.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht eines Kraftstoffinjektors mit offener Düse und einem Plungerkolbenaufbau, der einen abgedämpften unteren Plungerkolbenanschlag gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, wobei der Kraftstoffinjektor während einer Niederhaltephase am Ende seines Einspritzhubs dargestellt ist;
Fig. 2 ist eine zu Fig. 1 korrespondierende Ansicht, bei der der Plungerkolbenaufbau jedoch in einer vollständig zurückbewegten Position gezeigt ist;
Fig. 2a ist eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 2 umkreisten Details A;
Fig. 3 ist eine zu Fig. 2a korrespondierende Ansicht, jedoch mit einer modifizierten Federhalteranordnung;
Fig. 4 ist eine Draufsicht des in Fig. 3 gezeigten oberen Federhalters;
Fig. 5 ist eine Ansicht eines hydraulisch gedämpften unteren Plungerkolbenanschlags; und
Fig. 6 ist eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors mit einem federgedämpften unteren Plungerkolbenanschlag.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 illustriert eine Kraftstoffinjektoreinheit mit offener Düse gemäß der vorliegenden Erfindung, die generell mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird. Der Kraftstoffinjektor 1 ist dafür vorgesehen, in üblicher Weise von einer Ausnehmung in einem Kopf eines Innenverbrennungsmotors (nicht dargestellt) aufgenommen zu werden. Der Injektor ist aus einem Iniektorkörper 3 gebildet, der einen unteren Injektorbüchsenteil 3a (dessen auf der linken Seite gezeigter Schnitt entlang einer Ebene in einem rechten Winkel zu dem auf der rechten Seite gezeigten Schnitt in den Fig. 1 bis 3 verläuft), einen unteren Injektorbüchsenteil 3b, eine Injektorkappe 3c mit einer Einspritzdüse mit Einsprühöffnungen zum Sprühen von Kraftstoff in die Brennkammer (nicht dargestellt) eines Innenverbrennungsmotors und einen Halter mit einer Schulter 5a zum Festlegen der Injektorkappe 3c aufweist. Der Halter 5 nimmt die Injektorkappe 3c auf, die von der Schulter 5a getragen wird, wobei eine Spritzdüse 4 vom unteren Ende der Injektorkappe 3c vorspringt. Der untere Büchsenteil 3b ist vom Halter 5 aufgenommen und sitzt auf der Injektorkappe 3c auf. Weiter verbindet der Halter 5 die Injektorkappe 3c und den unteren Büchsenteil 3b zusammen mit dem oberen Büchsenteil 3a in einer End-zu-End-Weise. Zu diesem Zweck weist das obere Ende des Halters 5 Innengewindegänge 6a auf, durch die er mit äußeren Gewindegängen 6b am unteren Ende des oberen Injektorbüchsenteils 3a verbunden ist, wie gezeigt. Eine zentrale Öffnung bzw. Bohrung erstreckt sich durch die Teile 3a - 3c des Injektorkörpers 3 des Kraftstoffinjektors 1, und ein sich hin- und herbewegender Plungerkolbenaufbau 7 ist in dieser zentralen Bohrung angeordnet.
Der Plungerkolbenaufbau 7 umfaßt drei Plungerkolben. Einen oberen Plungerkolben 8, einen Einspritzplungerkolben 9 und einen Zeitsteuerplungerkolben 10, der dazwischen angeordnet ist. Der Kraftstoffinjektor 1 stellt einen Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einer Vielzahl solcher Injektoren dar, wobei jeder dieser Injektoren durch eine sich drehende Nockenwelle (nicht dargestellt) über einen üblichen Antriebszugaufbau angetrieben wird, der eine Verbindung 11 umfaßt, die bewirkt, daß sich der Plungerkolbenaufbau 7 synchronisiert dazu hin- und herbewegt. Das Einspritzsystem umfaßt auch eine Kraftstoffpumpe, die alle Kraftstoffinjektoren über ein Sammelleitungssystem (nicht dargestellt) versorgt, das drei Kraftstoffsammelleitungen innerhalb des Zylinderkopfes erfordert, eine zur Zuführung von Kraftstoff in die Einspritzkammer, eine zur Ableitung von Kraftstoff, der nicht einge spritzt wird, und die dritte, die Zeitsteuerfluid (das Kraftstoff sein kann) zuführt, um die zeitliche Steuerung des Einspritzvorgangs durch Variierung der Menge an Zeitsteuerfluid, das einer Zeitsteuerkammer mit variablem Volumen, die zwischen dem Boden des oberen Plungerkolbens 8 und dem oberen Ende des Zeitsteuerkolbens 10 gebildet ist, zugeführt wird, zu variieren. Diese Aspekte der vorliegenden Erfindung sind nicht neu und sind im einzelnen in dem oben genannten US-Patent Nr. 4,721,247 beschrieben. Dieses Patent beschreibt auch die Notwendigkeit, Zeitsteuerfluid am Ende jedes Einspritzzyklus, um ein scharfes Abschneiden des Einspritzvorgangs sicherzustellen, und wenn der Einspritzdruck einen vorbestimmten Wert während des Einspritzhubs überschreitet, um eine übermäßige Abnutzung und Beanspruchung im Antriebszug des Injektors auszuschließen, abzuleiten.
Der Unterschied im Aufbau und in der Funktionsweise des Injektors gemäß der vorliegenden Erfindung liegt in der Art und Weise, in der der Rückwärtshub des Plungerkolbenaufbaus 7 aus der Position gemäß Fig. 1 in die Position der Fig. 2 realisiert wird. Insbesondere ist bezugnehmend auf Fig. 1 am Ende des Einspritzhubs des Plungerkolbenaufbaus 7 nach einer Niederhaltephase der gesamte in die Einspritzkammer 12 (Fig. 2) dosierte Kraftstoff in die Brennkammer des Motorzylinders gefördert worden. In dieser Lage wird der untere Plungerkolben aufgesetzt am unteren Ende der Injektorkappe 3c gegen die Kraft einer nun komprimierten Rückholfeder S durch eine "End-zu-End"-Anlage zwischen den Plungerkolben 8 - 10 gehalten, die durch die Einwirkung der Verbindung 11 und des zugeordneten Antriebszuges vollständig in den Injektorkörper vorgetrieben worden sind. Die Rückholfeder 5 ist zwischen einem oberen Federhalter 14 und einem unteren Federhalter 16 gefangen bzw. angeordnet, wobei diese beiden einen beilagscheibenartigen Aufbau aufweisen.
Der obere Federhalter 14 kann ringförmig und dimensioniert sein, um axial über die Verdickung 9b aber nicht über die Verdickung 9c zu passen (die Verdicktingen 9b, 9c und 9d würden zunehmend größere Durchmesser aufweisen), oder er ist hufeisenförmig (wie für den Federhalter 14' in Fig. 4 gezeigt) und radial auf einen Abschnitt 9a verringerten Durchmessers des unteren Plungerkolbens 9 aufgeschoben, wobei dieser Abschnitt 9a zwischen den beiden Verdickungen 9b, 9c angeordnet ist, und er durch einen Haltering 17 und Federclip 18 in seiner Lage gehalten ist, wie am besten in Fig. 2a gezeigt. Der obere Federhalter 14 weist auch einen Flansch 14a auf, an dem das obere Ende der Feder 5 anschlägt. Dieser Flansch 14a weist eine Auskerbung bzw. Ausnehmung 15 auf, die einen Pfad zur Ableitung von Zeitsteuerfluid und Kraftstoff (die entweder vom Zeitsteuerplungerkolben freigesetzt oder aufwärts durch das Spiel zwischen dem unteren Plungerkolben 9 und dem unteren Injektorbüchsenteil 3b lecken) zu dem Motorableitungsfließweg bildet. Im Falle eines hufeisenförmigen oberen Federhalters kann diese Funktion jedoch durch den Spalt 15' zwischen den Schenkeln der Hufeisenform wahrgenommen werden.
Der untere Federhalter 16 weist eine Durchgangsöffnung 16a auf, die groß genug ist, um über die Verdickungen 9b und 9c zu passen, und er weist eine Gegenbohrung 16b (Fig. 1) an seinem unteren Ende auf, die eine größere dazwischenliegende Verdickung 9b aufnehmen kann, wie in Fig. 2 und 2a gezeigt. Der untere Federhalter 16 weist auch einen ringförmigen Flansch 16c auf, der am Boden einer in dem unteren Büchsenteil 3b des Injektorkörpers 3 gebildeten Federausnehmung 20 anschlägt, und er trägt das untere Ende der Feder S.
In der Position gemäß Fig. 1 ist der Plungerkolbenaufbau in seiner innersten oder untersten Position, in der die Feder S durch die vom unteren Plungerkolben 9 durch die Verbindung 11 über den oberen Plungerkolben 8 und den Zeitsteuerplungerkolben 10 ausgeübte Kraft komprimiert ist. An diesem Punkt im Einspritzzyklus ist die Einspritzung von Kraftstoff in den Motor beendet worden und zwischen dem oberen Plungerkolben 8 und dem Zeitsteuerplungerkolben 10 verbliebenes Zeitsteuerfluid ist abgeleitet worden in einer Weise, die keinen Teil dieser Erfindung bildet. Wenn die Verbindung 11 nun angehoben wird, hebt eine Rückholfeder 22 den oberen Plungerkolben 8 an, und der Zeitsteuerplungerkolben 10 wird mit diesem aufwärtsgezogen (oder eine Zeitsteuerplungerkolben-Rückholfeder kann zwischen dem oberen Federhalter 14 und dem Boden des Zeitsteuerplungerkolbens 10 vorgesehen sein).
Mit Kraftentlastung des unteren Plungerkolbens hebt die über den oberen Federhalter 14 wirkende Feder S den unteren Plungerkolben 9 an. Wenn es dem unteren Plungerkolben 9 gestattet wäre, der vollen Aufwärtsbewegung der Plungerkolben 8 und 10 zu folgen, würde ein negativer Druckeffekt erzeugt werden und würde eine große Menge Luft in das sich vergrößernde Volumen der Einspritzkammer mit variablem Volumen mit dem nachteiligen, im einleitenden Abschnitt zum Stand der Technik dieser Anmeldung genannten Effekt eingesaugt werden. Es ist daher eine Anschlagbzw. Stoppfläche 24 vorgesehen (die beim dargestellten Ausführungsbeispiel auf einer inneren Wandung der oberen Büchse 3a vorgesehen ist), die die Aufwärtsbewegung des oberen Federhalters 14, die durch die Feder S erzeugt werden kann, begrenzt ist. Wenn der obere Federhalter 14 an der Stoppfläche 24 zur Anlage kommt, bewirkt der beträchtliche Impuls bzw. die beträchtliche Energie des unteren Plungerkolbens 9, daß er sich weiterhin frei aufwärts durch die Federhalter 14, 16 bewegt, bis die Verdickung 9d mit der Gegenbohrung 16b in Eingriff tritt. Ab diesem Zeitpunkt werden der Impuls und die kinetische Energie des unteren Plungerkolbens über den unteren Federhalter 16 auf die Feder S übertragen. Andererseits ist der Grad, bis zu dem es der Feder S gestattet ist, komprimiert zu werden und eine weitere Aufwärtsbewegung des unteren Plungerkolbens 9 zu gestatten, durch die freie Strecke bzw. das vertikale, zwischen dem oberen Federhalter 14 und den Verdickungen 9b und 9c des Plungerkolbens 9 vorgesehene Spiel L begrenzt. Nachdem die Verdickung 9c mit dem oberen Federhalter 14 in Eingriff getreten ist, entspannt sich die Feder S und ist der untere Plungerkolben 9 in der in den Fig. 2 und 2a gezeigten Position durch die vom oberen und unteren Federhalter 14, 16 unter der Vorspannung der Feder S ausgeübten, entgegengesetzten Kräfte gehalten.
Auf diese Weise wird ein gedämpftes Abbremsen bzw. Anhalten des unteren Plungerkolbens 9 erzeugt, was die Abnutzung und Geräuschentwicklung im Verhältnis zu dem reduziert, was im Falle, daß eine feste Verbindung zwischen dem oberen Federhalter 14 und dem unteren Plungerkolben 9 existieren würde (in diesem Falle müßte der obere Federhalter den gesamten Impuls und die gesamte kinetische Energie dieser festen Nietallkomponente absorbieren), auftreten würde. Gleichzeitig kann der Hub des unteren Plungerkolbens 9 auf ein Größe begrenzt werden, die gerade ausreichend ist, um eine Einspritzkammer 12 zu erzeugen, die ein maximales Volumen aufweist, das im wesentlichen demjenigen der maximalen Dosiermenge an Kraftstoff, die vom Injektor einzuspritzen ist, entspricht. Auf diese Weise kann eine Detonation von Kraftstoff im Injektor verhindert werden. Das heißt, wenn der untere Plungerkolben 9 dem vollen Hub, z.B. 2,54 cm, des oberen Plungerkolbens 8 folgen würde, würde ein beträchtliches Vakuum darunter erzeugt werden, und der Plungerkolben 9 würde viel Luft aus der Brennkammer des Motors ansaugen. Diese Luft würde während des Abwärtshubs stark komprimiert werden und könnte dazu führen, den Kraftstoff in der Einspritzkammer zu zünden, insbesondere da diese Luft selbst mit Kraftstoff angereichert werden würde. Im Gegensatz dazu können durch Begrenzung der Aufwärtsbewegung des unteren Plungerkolbens 9 auf z. B. die Hälfte derjenigen des oberen Plungerkolbens 8 (z. B. auf 1,27 cm anstelle von 2,54 cm) sowohl die Menge an Luft als auch der Grad, in dem die Luft komprimiert und erhitzt wird, auf ein Maß reduziert werden, so daß eine Kraftstoffzündung verhindert werden kann.
Sobald der Injektor 1 in seine angehobene, in Fig. 2 gezeigte Position zurückgekehrt ist, beginnt der nächste Einspritzzyklus mit einem Einspritzzeitsteuermodus, bei dem Zeitsteuerfluid über einen Zeitsteuerfluid-Versorgungsdurchlaß dem unteren Ende mit reduziertem Durchmesser des oberen Plungerkolbens 8 zugeführt wird, wobei das zugeführte Zeitsteuerfluid in üblicher Weise den Zeitsteuerplungerkolben 10 verschiebt und eine Zeitsteuerkammer mit variablem Volumen zwischen dem oberen und dem Zeitsteuerplungerkolben 8, 10 mit einer Menge an Zeitsteuerfluid füllt, die ausgelegt ist, um die Zeitsteuerung, zu der die Einspritzung von Kraftstoff durch die Düse 4 beginnt, richtig festzulegen. Da die Feder S eine Kraft über den Einspritz- und Zumessplungerkolben 9 auf den Zeitsteuerplungerkolben 10 nicht ausüben kann, weil die Bewegung des Plungerkolbens 9 gestoppt worden ist, ergeben sich zusätzliche Vorteile über die oben genannten hinaus. Das heißt, daß der Zeitsteuerfluid-Zuführungsdruck aufgrund der Entlastung des Zeitsteuerplungerkolbens 10 bei Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit bzw. bei niedrigen Drehzahlen reduziert werden kann und daß eine Auswirkung der Federkrafttoleranz auf die Einspritzzeitsteuergenauigkeit eliminiert ist.
Wenn Zeitsteuerfluid dem Injektor 1 zugemessen wird, wird gleichzeitig eine angepaßte Menge an Kraftstoff, die eingespritzt werden soll, in die Einspritzkammer 12 dosiert bzw. zugemessen. Nachdem die passenden Mengen an Zeitsteuerfluid und Kraftstoff dem Injektor 1 zugeführt worden sind, wird der Einspritzhub dadurch begonnen, daß sich der obere Plungerkolben 8 und der Zeitsteuerplungerkolben 10 aufgrund der zwischen ihnen durch das Zeitsteuerfluid in der Zeitsteuerkammer gebildeten hydraulischen Verbindung gemeinsam abwärts bewegen. Sobald das untere Ende des Zeitsteuerplungerkolbens 10 am unteren Plungerkolben 9 zur Anlage kommt, beginnt der untere Plungerkolben 9 seine Bewegung in Richtung der in Fig. 1 gezeigten Position, und Kraftstoff aus der Kammer 12 wird in die Brennkammer des Motors eingespritzt. Es ist erkennbar, daß dieser Abschnitt des Einspritzzyklus in üblicher Weise und unbeeinflußt durch die Federanordnung mit gedämpftem Anschlag ablaufen kann.
Dem Fachmann ist es ersichtlich, daß die maximale Menge an Kraftstoff, die einem Kraftstoffinjektor zugeführt werden muß, bei Motoren unterschiedlicher Konstruktion und verschiedenen Motorverwendungen variieren wird. Des weiteren wäre es unter verschiedenen Gesichtspunkten unerwünscht, einen Injektor gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden, der für eine beträchtlich größere maximale Dosieranforderung ausgelegt ist, als bei einer bestimmten Motoranwendung erforderlich, genauso wäre es unerwünscht einen zu verwenden, der für die geplanten maximalen Dosieranforderungen ausgelegt ist, jedoch einen Aufbau hat, bei dem der untere Plungerkolben den vollen Hub des oberen Plungerkolbens ausführt. Daher wäre es vorteilhaft, wenn es nicht erforderlich wäre, eine Anzahl von Injektoren verschiedener Größe zu haben, die alle verschiedenen Motoranforderungen erfüllen, sondern wenn ein einziger Kraftstoffinjektor an die verschiedenen Erfordernisse mit nur kleinen Modifikationen angepaßt werden könnte. Dies ist gemäß einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung erreicht worden.
Insbesondere, wenn beispielsweise angenommen wird, daß der Injektor gemäß Fig. 1 und 2 einen oberen Plungerkolben 8 aufweist, der einen Hub von 6,8 mm ausführt und eine maximale Kraftstoffmenge von 260 mm³ / Hub einspritzen kann, dann sollte es ausreichend sein, einen Hub von bis zu etwa 7,8 mm und einer maximalen Kraftstoffmenge von 328 mm³ / Hub lediglich durch Ersatz der Injektorkappe 3c durch eine, die eine größere (längere) Einspritzkammer bereitstellt, unterzubringen bzw. zu verwirklichen. Sollte andererseits der Hub auf einen noch größeren Wert (beispielsweise auf 9,8 mm mit einer entsprechend größeren maximalen Kraftstoffdosierung) erhöht werden müssen, ist es zusätzlich zur Verwendung einer anderen Injektorkappe notwendig, den zwischen der obersten Position gemäß Fig. 2 des unteren Plungerkolbens und seiner untersten Position gemäß Fig. 1 erreichbaren Abstand zu erhöhen, wobei dieser Abstand ein Faktor der komprimierten Höhe der Feder S ist, des Abstands zwischen den zugewandten Flanschen 14a, 16c in der vollständig zurlickgezogenen Position gemäß Fig. 2 und des Abstands zwischen dem oberen Ende der Verdickung 9c und dem Boden der Gegenbohrung 16b in der vollständig eingeschobenen Position gemäß Fig. 1 ist bzw. davon abhängig ist.
Unter Berücksichtigung des Voranstehenden und unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nun erläutert, wie eine Vergrößerung der Hublänge des unteren Plungerkolbens einfach und leicht gemäß der vorliegenden Erfindung verwirklicht werden kann, indem lediglich der untere und der obere Federhalter 14, 16 der Fig. 1.2 und 2a durch modifizierte Federhalter 14', 16' gemäß Fig. 3 ersetzt werden. Da die anderen Komponeneten von Fig. 3 zu denen von Fig. 2a korrespondieren, sind die gleichen Bezugszeichen für diese Teile in Fig. 3 verwendet worden, und ihre Ausführung und Funktion sind wie bereits oben beschrieben.
Die Unterschiede zwischen den Federhaltern 14, 16 und den Federhaltern 14', 16' sind am einfachsten einem Vergleich der Fig. 2a und 3 zu entnehmen. Aus einem solchen Vergleich ist ersichtlich, daß der obere Federhalter 14' einen Flansch 14'a mit einer Höhe/Dicke aufweist, welche wesentlich geringer als diejenige des Flansches 14a ist, wodurch es dem oberen Ende der Feder S gestattet wird, weiter in den oberen Büchsenteil 3a zu expandieren. Weiter ist auch die Tatsache ersichtlich, daß die Gegenbohrung 16'b beträchtlich tiefer als die Gegenbohrung 16 ist, wodurch bewirkt wird, daß sich die Verdickung 9d des Plungerkolbens 9 weiter aufwärts bewegt, bevor sie in den unteren Federhalter 16' eingreift und Zu einem gedämpften Halt bzw. Stopp durch die Feder S gebracht wird; die Größe der Strecke oder des Spiels L bleibt jedoch die gleiche. So kann der maximale Hub des unteren Plungerkolbens 9 um einen Wert vergrößert werden, der der Summe aus der Abnahme der Dicke des Flansches 14'a relativ zum Flansch 14a und der Erhöhung der Tiefe der Gegenbohrung 16'c im Vergleich zur Gegenbohrung 16c entspricht.
Üblicherweise wird die gleiche Feder S auf den Plungerkolben 9 wirken können, sogar wenn eine Hublängenanpassung lediglich durch Verwendung einer anderen Injektorkappe 3c gemacht wird, wie oben erwähnt. Andererseits kann es aufgrund der vergrößerten expandierten Länge der Feder S, die aus der Verwendung der Federhalter 14', 16' anstelle der Federhalter 14, 16 (vgl. Fig. 2a und 3) resultiert, in Abhängigkeit von der Ausführung und den Eigenschaften der Feder S und der Erstreckungslängen, die involviert sind, erforderlich sein, eine Feder S zu verwenden, die länger ist und/oder eine andere Federrate aufweist, wenn die Federhalter 14', 16' anstelle der Federhalter 14, 16 verwendet werden.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen haben die Rückholfeder 5 und ihr oberer und ihr unterer Federhalter 14, 16 zusammen mit den Verdickungen 9c und 9d dazu gedient, ein gedämpftes Abbremsen bzw. Anhalten des unteren Plungerkolbens 9 zu erzeugen. Jedoch kann ein gedämpftes Abbremsen bzw. Abstoppen des unteren Plungerkolbens auch auf andere Arten erreicht werden, derartige Beispiele werden nun unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen gemäß Fig. 5 und 6 beschrieben. Bei diesen Figuren werden Teile, die bezüglich derjenigen der voranstehenden Ausführungsformen unverändert sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und Doppelstrich-(") und Dreifachstrich-("')-Bezeichnungen werden verwendet, um Teile zu kennzeichnen, die modifiziert worden sind, und nur jene Unterschiede, die bezüglich der vorgenannten Ausführungsformen existieren, werden im einzelnen erläutert. Diese (weiteren) Ausführungsformen haben den Vorteil, daß sie nicht ausschließlich von der Federrate der Rückholfeder S zur Erzeugung eines gedämpften Stoppens des Rückwärtshubs des unteren Plungerkolbens abhängen. Daher beeinflussen Änderungen, die zur Erhöhung der Kapazität eines Injektors vorgenommen werden, nicht diese Stoppanordnungen, wodurch die Anzahl der Teile, die ausgetauscht werden müssen, wenn die Hublänge des unteren Plungerkolbens geändert werden soll, weiter reduziert wird.
In Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Federausnehmung 20" einen kleineren Durchmesser aufweist und daß das untere Ende der Feder S" (die auch einen reduzierten Durchmesser aufweist) auf einem oberen, geflanschten Abschnitt 16"d des unteren Federhalters 16" anstatt auf dem Flansch 16"c aufsitzt. Außerdem ist der Flansch 16"c des unteren Federhalters aufgenommen in einer Dämpfungskammer D gezeigt. Mit dieser Anordnung kommt der Plungerkolben 9" während seines Rückwärtshubs immer noch am unteren Federhalter 16" zur Anlage; jedoch wird anstatt, daß die Kraft der Feder S" den alleinigen dämpfenden Effekt ausübt und die Plungerkolbenbewegung durch Ineingrifftreten einer Verdickung am unteren Plungerkolben mit dem oberen Federhalter begrenzt wird, der dämpfende Effekt der Feder S" durch den dämpfenden Effekt von in der Kammer D eingeschlossener Luft, die durch den Flansch 16"c komprimiert wird, unterstützt und wird das Spiel durch die Höhe der Kammer D begrenzt.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 wird der zusätzliche dämpfende Effekt durch Bereitstellung einer Dämpfungsfeder 26 erzeugt, die zwischen dem unteren Federhalter 16"' für die Rückholfeder S"' und einem zweiten oberen Halter 28 wirkt. Dieser zweite obere Halter für die Dämpfungsfeder 26 liegt an einer Anschlag- bzw. Stoppfläche 24"' am oberen Büchsenteil 3"'a an. Es ist anzumerken, daß die Stoppfläche 24"' relativ zur Lage der Stopfläche 24 bei den voranstehenden Ausführungsformen abwärts verschoben ist, da der obere Halter nicht länger einen Anschlag als den, der durch die Verdickung 9"'b des unteren Plungerkolbens 9"' gebildet ist, erfordert.
Aus dem Vorgenannten sollte ersichtlich sein, wie die vorliegende Erfindung einen verbesserten Hochdruck-Kraftstoffinjektor für Innenverbrennungsmotoren zur Verfügung stellt, bei dem das Problem, daß große Mengen an Luft aus der Brennkammer während des Rückwärthubs bzw. Aufwärtshubs in den Injektor gesaugt werden, verhindert werden kann, indem der Rückwärtshub des unteren Plungerkolbens auf eine Strecke begrenzt wird, die wesentlich geringer als diejenige des Hubs des oberen Plungerkolbens des Plungerkolbenaufbaus ist. Des weiteren ist ersichtlich, wie die vorlieoende Erfindung ein gedämpftes Abbremsen bzw. Stoppen der Rückwärts- bzw. Rückholbewegung des unteren Plungerkolbens verwirklicht und sie ermöglicht, daß Kraftstoffinjektoren mit verschiedenen maximalen einspritzbaren Mengenkapazitäten aus dem gleichen Basissatz von Bauteilen hergestellt werden können, ohne daß mehr erforderlich ist, als den Rückholfederaufbau und die Injektordüse auszutauschen.

Industrielle Anwendbarkeit

Die vorliegende Erfindung wird in einem weiten Bereich von Kraftstoffeinpritzsystemen für Innenverbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, Anwendung finden. Die Erfindung wird insbesondere dort nützlich sein, wo es erwünscht ist, ein einziges Kraftstoffeinspritzsystem zu haben, das einfach und kostengünstig an die Kraftstoffdosiererfordernisse einer Reihe verschiedener Motoren und Motoranwendungsbedingungen angepaßt werden kann.

Claims

1. Kraftstoffinjektor (1) des offenen Düsentyps, der einen Injektorkörper (3), der eine zentrale Bohrung mit einer Einspritzdüse (4) am unteren Ende davon enthält, einen Plungerkolbenaufbau (7) mit einem oberen Pitingerkolben (8) und einem unteren Plungerkolben (9, 9",9"'), die für eine hin- und hergehende Bewegung in die zentrale Bohrung eingebaut sind, und eine Einspritzkammer (12) mit variablen Volumen in dem unteren Ende der zentralen Bohrung zwischen der Einspritzdüse (4) und einem bodenseitigen Ende des unteren Plungerkolbens (9, 9,"9"') aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Begrenzungsmittel vorgesehen sind, um die Rückbewegung des unteren Plungerkolbens (9, 9",9"') am Ende jedes Einspritzzyklus auf weniger als diejenige des oberen Plungerkolbens (8) zu begrenzen, wobei diese Begrenzungsmittel stoßabsorbierend und dämpfend sind.

2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, wobei ein Federmittel (S) vorgesehen ist, um den unteren Plungerkolben (9) in eine vorgerückte Stellung während der Rückbewegung des oberen Plungerkolbens (8) zurückzuholen, wobei das Federmittel (S) zwischen einem oberen Federhalter (14) und einem unteren Federhalter (16) gehalten ist; wobei ein erstes Anschlagmittel (9d) am unteren Plungerkolben (9) vorgesehen ist, um mit dem unteren Federhalter (16) in Eingriff zu kommen und Aufwärtsimpuls des unteren Plungerkolbens (9) auf das Federmittel (S) zu übertragen.

3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, wobei ein zweites Anschlagmittel (9c) am oberen Plungerkolben (9) vorgesehen ist, um mit dem oberen Federhalter (14) in Eingriff zu kommen, um eine weitere Rückbewegung des unteren Plungerkolbens (9) während des fortgesetzten Zurückziehens des oberen Plungerkolbens (8) nach Eingriff des ersten Anschlagmittels (9d) am unteren Federhalter (16) zu verhindern.

4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, wobei das erste Anschlagmittel (9d) ein hervorstehender Teil ist, der mit einer in einem unteren Ende des unteren Federhalters (16') gebildeten Gegenbohrung (16'b) in Eingriff bringbar ist, und wobei das zweite Anschlagmittel (9c) ein zweiter, am unteren Plungerkolben (9) gebildeter hervorstehender Teil ist, der mit einem unteren Ende des oberen Federhalters (14) in Eingriff bringbar ist.

5. Kraftstoffinjektor nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der obere Federhalter (14) einen peripheren Flansch (14a) aufweist, dessen obere Seite an einer im Körper (3) des Kraftstoffinjektors gebildeten Anschlagfläche (24) zur Anlage kommt und dessen untere Seite mit einem oberen Ende der Rückholfeder (5) in Eingriff steht; und wobei eine Vielzahl von oberen Federhaltern (14) austauschbar in den Injektor einbaubar sind, wobei der Flansch (14a) jedes oberen Federhalters (14) eine andere Dicke zwischen seinen oberen und unteren Seiten aufweist, um durch Auswahl eines bestimmten oberen Federhalters (14) die maximale Hublänge des unteren Plungerkolbens (9) variabel auswählen können.

6. Kraftstoffinjektor nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine Vielzahl von unteren Federhaltern (16) austauschbar in den Injektor einbaubar sind, wobei jeder untere Federhalter (16) eine Gegenbohrung (16"b) anderer Tiefe aufweist, um durch Auswahl eines bestimmten unteren Federhalters (16) die maximale Hublänge des unteren Plungerkolbens (9) variabel auswählen zu können.

7. Kraftstoffinjektor nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Injektorkörper (3) einen oberen Injektorbüchsenteil (3a), einen unteren Injektorbüchsenteil (3b), eine Injektorkappe (3c) mit einer Einspritzdüse (4) mit Spritzlöchern zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum eines Innenverbrennungsmotors und einen Halter (5) umfaßt, der die Injektorkappe (3c) mit der von deren unterern Ende vorspringenden Einspritzdüse (4) aufnimmt, und wobei der Halter (5) die Injektorkappe (3c) und den unteren Büchsenteil (3b) aneinander anliegend mit dem oberen Büchsenteil (3a) verbindet.

8. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2 und optional nach einem der folgenden Ansprüche, wobei das erste Anschlagmittel (9d) Aufwärtsimpuls auf den unteren Federhalter (16) überträgt; und wobei ein Dämpfungsmittel zum Absorbieren des auf den unteren Federhalter (16") übertragenen Impulses vorgesehen ist.

9. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8, wobei das Dämfpungsmittel einen Flansch (16"c) am unteren Federhalter (16") umfaßt, der in einer Dämpfungskammer (D) aufgenommen ist.

10. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8, wobei das Dämpfungsmittel eine zwischen dem unteren Federhalter (16") und einem oberen Dämpfungsfederhalter (28) wirkende Dämpfungsfeder (26) umfaßt, und wobei eine Anschlagfläche (24") am Injektorkörper (3) vorgesehen ist, um eine Aufwärtsbewegung des oberen Dämpfungsfederhalters (28) zu verhindern.

11. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5 und optional nach einem der folgenden Ansprüche, wobei ein Schlitz (15) im Flansch (14a) des oberen Federhalters (14) vorgesehen ist, um einen durch den oberen Federhalter (14) gehenden Ablaufweg zu bilden.

12. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5 und optional nach einem der folgenden Ansprüche, wobei der obere Federhalter (14) hufeisenförmig ausgebildet ist, um dem oberen Federhalter (14) zu ermöglichen, auf einen Abschnitt (9a) reduzierten Durchmessers des unteren Plungerkolbens (9) radial aufgeschoben zu werden.

13. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 12, wobei ein Haltering (17) und ein Sprengring (18) zur Befestigung des oberen Federhalters (14) am unteren Plungerkolben (9) vorgesehen sind.

14. Kraftstoffinjektor nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei ein Zeitsteuerplungerkolben (10) in der zentralen Bohrung zwischen dem oberen Plungerkolben (8) und dem unteren Plungerkolben (9) angeordnet ist und wobei eine Zeitsteuerkammer mit variablen Volumen zwischen dem oberen Plungerkolben (8) und dem Zeitsteuerplungerkolben (10) angeordnet ist.