EP0090296A1 - Einspritzdüse mit einem Nadelkolben - Google Patents

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EP0090296A1
EP0090296A1 EP83102731A EP83102731A EP0090296A1 EP 0090296 A1 EP0090296 A1 EP 0090296A1 EP 83102731 A EP83102731 A EP 83102731A EP 83102731 A EP83102731 A EP 83102731A EP 0090296 A1 EP0090296 A1 EP 0090296A1
Authority
EP
European Patent Office
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pressure
piston
needle
channel
nozzle
Prior art date
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Granted
Application number
EP83102731A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0090296B1 (de
Inventor
Richard Felix Sharp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deere and Co
Original Assignee
Deere and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deere and Co filed Critical Deere and Co
Priority to AT83102731T priority Critical patent/ATE21437T1/de
Publication of EP0090296A1 publication Critical patent/EP0090296A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0090296B1 publication Critical patent/EP0090296B1/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift

Definitions

  • the invention relates to a nozzle, in particular an injection nozzle with a needle piston, which can be displaced from a closed position via the injection pressure under pretension of a compressible means by a path corresponding to the opening path into an opening position, and a further displaceable one in the closed position of the needle piston piston in an end position.
  • the object to be achieved with the invention is seen in designing the nozzle in such a way that the closing pressure is greater than the opening pressure while maintaining a rapid tearing off of the injection process.
  • the needle piston and the other piston in an unloaded state ie if the engine has not yet been started, will be in their starting positions, in which the needle piston closes the nozzle and the further piston is in its opposite end position.
  • pressure builds up in the nozzle, which finally lifts the needle piston from its seat and displaces it against the action of the spring, which can also be another compressible means such as a pressure accumulator, which thereby compresses becomes.
  • the displacement by the injection pressure lasts until the maximum injection pressure is reached - in this state the needle piston will assume a floating position - or until the needle piston moves against a stop.
  • the other piston To close the needle piston, the other piston must now be actuated, whereby the displacement can be mechanical, hydraulic, electromagnetic, etc.
  • the time of the shift is made dependent on various parameters of the internal combustion engine, and the amount of fuel to be injected can be precisely determined depending on the selection of the closing time.
  • the spring When the piston is moved out of its one end position, however, the spring - this time from the opposite side - is compressed by a further amount.
  • the opening pressure does not have to be reached immediately, but possibly with a time delay. However, if the resulting force of pressure force and spring force overcome the opening pressure or if the opening pressure is suddenly reduced, the spring will move the needle piston back into its closed position. Then the other piston can be relieved and the spring pushes it back into its starting position.
  • the feather is seen as a whole additionally tensioned to close the needle piston, so that ultimately there is a closing pressure which is above the opening pressure.
  • the compressible means should be able to be stretched a further way before the needle piston can be displaced from its open position.
  • the opening pressure can be reduced in a simple manner in the case of a nozzle with a channel which guides the fuel to the needle piston in that the channel can be closed by means of the further piston.
  • the entire spring force takes effect, so that the needle piston is returned to its closed position extremely quickly and cannot open again at the pressure acting on it, which would result in an undesired second injection.
  • the pressure reduction is brought about by the fact that no further fuel reaches the needle piston and the fuel on the needle piston, which is then still in its open position, enters the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a channel is provided in the further piston, which connects the channel with another channel in its end position corresponding to the closed position of the needle piston.
  • the channel designed according to the invention as an annular channel, in the further piston, when it is acted upon, will gradually interrupt the connection with the channel that conducts the fuel to the needle piston, so that the fuel flow is initially throttled and then completely prevented.
  • the injection pressure remains so high that the needle piston remains in its open position.
  • the fact that the opening path of the needle piston is limited by a retaining ring means that the injection pressure can be relatively high and the needle piston closes with a time delay when the other piston is acted on.
  • the further piston can expediently be adjustable from its end position corresponding to the closed position of the needle piston via a liquid pressure which is greater than the injection pressure which is present on the other side of the piston.
  • the double injection pressure counteracts the liquid pressure.
  • This liquid pressure can be changed so that the injection pressure can be used to return the further piston to its starting position, for which purpose the liquid pressure is reduced.
  • the pressure chamber to which the liquid pressure can be applied and the pressure chamber to which the injection pressure can be applied are connected to each of the other pistons with a dining area with variable pressure or a pump via corresponding channels.
  • an injection nozzle is denoted by 10, its nozzle body by 12 and a nozzle tip provided at one end of the nozzle body by 14.
  • the nozzle body 12 can be screwed into a cylinder head of an internal combustion engine, which is not shown for the sake of simplicity, in such a way that its nozzle tip 14 is connected to a combustion chamber.
  • Fuel is injected into this combustion chamber in a fine veil, for which purpose a few injection openings 18 are provided in the nozzle tip 14.
  • first and second feed or pressure spaces 20, 22 are provided in the nozzle body 12 of the injection nozzle 10, each of which is connected to a collecting container 24 and 28 and a separate pump 26 and 30 .
  • the first and second pressure chambers 20, 22 can be designed as a liquid supply chamber with variable pressure and correspond to the control and metering chamber, as is already the case with some injection nozzles.
  • the control space serves to control the injection timing and the metering space to determine the Injection quantity.
  • a control device 32 is also used in the nozzle body 12, which regulates the fuel flow through the injection nozzle 10. In detail, it has a first and a second cavity 34 and 36, which are axially aligned with one another in the nozzle body such that the second cavity 36 comes to lie in the immediate vicinity of the nozzle tip 14.
  • the cavities thus lie between the pressure spaces to which they are connected, as well as to one another, and the nozzle tip, their upper and lower ends being denoted by 38, 40 and 42, 44.
  • the upper end 38 of the cavity 34 is connected to the first pressure chamber 20 via a first channel 46 and the lower end 40 of the first cavity 34 as well as a point 50 which is approximately midway between the upper one and the lower end 38 and 40 is connected to the second pressure chamber 22 via a second line 48.
  • a third channel 52 connects the first cavity 34 approximately in the area of the point 50 to the lower end 44 or end area of the second cavity 36.
  • a relief channel 54 in turn connects the first cavity 34 in the area of its upper end 38 to a collecting container 56 which can be connected to the collecting container 24 and / or 28.
  • a relief valve can also be provided in the first channel 46 and the collection containers could also be integrated in the injection nozzle.
  • the control device is also equipped with a first valve or piston, expediently a valve slide 58, which is displaceable in the first cavity 34 and bears against a rod 60.
  • the latter extends into the second cavity 36 and is connected there to a transverse part 62 such as a pin.
  • a channel 64 or an annular groove is incorporated in the valve slide, so that two valve slide pieces are produced, between which there is a connection of the channel 48 to the channel 52, provided the valve slide 58 is in its uppermost position shown in FIG. 1 or 2.
  • the valve slide 58 can be displaced between its end positions, ie between its uppermost position shown in FIGS. 1 and 2 and its lowest position shown in FIG. 4 by pressure differences which are created in the first and second pressure spaces 20 and 22.
  • valve slide 58 acts on the upper and lower ends 38 and 40 of the first cavity 34 and thus also on the valve slide 58.
  • the valve slide 58 is adjusted downward from its position shown in FIG. 1 or 2, in the direction of its lowest position , then the channel 64 will no longer be aligned with the point 50, so that the fuel can no longer get from the channel 48 to the channel 52 or vice versa.
  • the valve slide 58 in this position will prevent exhaust gases from the combustion chamber from reaching the second pressure chamber through the channels 52 and 48.
  • a second valve or a needle piston or a needle valve 66 with step pressure surfaces is provided in the second cavity 36 and can be moved between an open and a closed position. In this, fuel can escape through the nozzle tip 14 once or the leakage of fuel is prevented.
  • the upper surface of the needle valve 66 is designated 68, an interface 70 and a conical base 72. The latter sits on a seat 73 when the needle valve 66 is in its closed position. In this position, the area exposed to the fuel is smaller than the upper surface 68 because the fuel can only affect the intermediate surface 70. However, if the needle valve 66 is in its open or upper position, then the fuel can additionally apply to the base surface 72 to the intermediate surface 70.
  • the needle valve 66 is displaced between its open and closed positions by the movement of the valve spool 58 and the fuel pressure which, as stated, can act on the interface and additionally on the base. This double actuation enables the control device 32 to react to a drop in pressure on the channel 64 at a point in time at which a drop in pressure has not yet been determined in the second cavity 36. This has the effect that the needle valve 66 is already pressed into its closed position before it was able to determine a pressure drop in the second cavity 36.
  • a compression spring 74 between the upper surface 68 of the needle valve 66 and the cross member 62, which serves to push the valve slide 58 and the needle valve 66 away from one another.
  • the upward movement of the needle valve is limited by a retaining ring 76, which is also arranged in the second cavity.
  • FIG. 2 shows the starting position in which there is no pressure difference in the pressure chambers 20 and 22 and the pressure influences the movement of the control device 32.
  • the valve slide 58 In this position, the valve slide 58 is in its uppermost position and fuel can pass through the channel 64 from the channel 48 into the channel 52 to the needle valve 66, which is then still in its closed position, in which the base surface 72 Seat 73 closes.
  • the compression spring 74 In this position, the compression spring 74 is slightly compressed, whereby the valve spool 58 and the needle valve 66 are pressed away from each other.
  • a pressure difference is then generated in the pressure chambers 20 and 22, the pressure in the pressure chamber 22 being smaller, so that the valve slide 58 moves downward in the direction of its second position.
  • FIG. 3 from which it can be seen that the channel 64 is no longer aligned with the channels 48 and 52 or with the location 50.
  • the fuel flow between the channels 48 and 52 is initially throttled and later completely prevented.
  • the compression spring 74 is compressed further, since the transverse part 62 then acts on the compression spring as a result of the rod 60 resting against the valve slide.
  • the compression spring 74 is compressed until its spring force corresponds to the difference in the pressures acting on the The top of the valve slide 58 and act on the intermediate surface 70 and base surface 72 of the needle valve 66. At about such a point in time, particularly when the pressure rises further, the compression spring 74 acts as a mechanical rod and causes the needle valve 66 to move downward, which is directly dependent on the downward movement of the valve spool. Immediately before the fuel connection via the channel 64 is completely interrupted as a result of the downward movement of the valve slide 58, the force of the spring will correspond to the pressure difference that prevails between the first and second pressure spaces 20 and 22. The needle valve 66 will then begin its downward movement again.
  • the force required to close the needle valve 66 is greater than the force required to open the needle valve. This feature ensures that the fuel flow through the nozzle tip in the combustion chamber of the internal combustion engine is cut off sharply. The greater force also prevents the needle valve from reopening prematurely, so that unwanted, two-times injection is prevented.
  • the valve spool 58 is located in its lowest position and the needle valve assumes its closed position or is in its closed position. In this position, all fuel fed through the channel 46 from the first pressure chamber 20 will flow out through the relief channel 54.
  • the relief channel serves to prevent damage to the control device 32, which could result from the fact that the valve slide 58 could impact against the lower end of the first cavity.
  • the valve spool 58 will not strike the lower end 40, as an increasingly larger area of the bore opening of the relief channel 54 in the upper end 38 of the cavity is released during the downward movement. It should also be noted here that the channel 64 has already been moved out of the area of the point 50 before the upper surface of the valve slide 58 has been moved below the drilling opening of the relief channel 54. This ensures that the fuel flow on channel 64 has already been throttled or stopped before pressure can be released via the relief channel. The time delay also ensures that the needle valve 66 remains in its closed position and thus prevents a second unwanted injection event from taking place.
  • the pressure difference between the first and second pressure spaces is reduced or built up again to zero, as a result of which the valve slide 58 is moved upwards by the force of the compression spring 74.
  • the compression spring 74 relaxes to its initial length, as indicated in FIG. 2, and a further cycle can begin.
  • both the time and the amount of fuel to be injected can be determined.
  • the exact time of the fuel injection through the nozzle tip 14 is determined by the opening time at which the needle valve begins to open.
  • the amount of fuel to be injected is determined by the pressure force of the compression spring and the pressure difference between the first and second pressure chambers 20 and 22 and limited by the closing of the fuel connection between the channels 48 and 52. Since the needle valve 66 begins its downward movement in dependence on the downward movement of the valve spool After the compression spring 74 is compressed to a predetermined value and before a pressure drop at the interface 70 has been noticed, the fuel to be injected into a combustion chamber can be controlled much more precisely.

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Abstract

Düse, insbesondere Einspritzdüse (10) mit einem aus einer Schließstellung in eine geöffnete Stellung über den Einspritzdruck verschiebbaren Nadelkolben (66) und einem weiteren verschiebbaren Kolben (58), wobei zwischen Nadelkolben und weiterem Kolben eine Feder wirkt, die derart spannbar ist, daß der Öffnungsdruck kleiner als der Schließdruck ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Düse, insbesondere Einspritzdüse mit einem Nadelkolben, der aus einer Schließstellung über den Einspritzdruck unter Vorspannung eines kompressiblen Mittels um einen dem öffnungsweg entsprechenden Weg in eine öffnende Stellung verschiebbar ist, und einem weiteren verschiebbaren, in der Schließstellung des Nadelkolbens sich in einer Endstellung befindlichen Kolben.
  • Mit den steigenden Forderungen nach geringerem Benzinverbrauch, geringerer Umweltverschmutzung, etc. werden die Anforderungen an Verbrennungskraftmaschinen und an deren Aggregate immer größer. So haben auch Einspritzdüsen in den zurückliegenden Jahren eine beachtenswerte Fortentwicklung erfahren, und man hat erkannt, daß eine bessere Verbrennung, geringere Rauchentwicklung und geringere Abgase durch ein schnelles Abreißen des Kraftstoffeinspritzvorganges erzielt werden können.
  • Bei der Düse, von der die Erfindung ausgeht (US-PS 4 269 360), wird ein schnelles Abreißen des Kraftstoffeinspritzvorganges durch die Verwendung eines abgestuften Nadelkolbens erreicht. Ihr haftet aber der Nachteil an, daß der Öffnungsdruck beträchtlich höher oder zumindest gleich dem Schließdruck ist.
  • Demgegenüber wird die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe darin gesehen, die Düse derart auszubilden, daß bei Beibehaltung eines schnellen Abreißens des Einspritzvorganges der Schließdruck größer ist als der öffnungsdruck.
  • Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst worden, daß das kompressible Mittel mittel- oder unmittelbar gegen den weiteren Kolben anliegt und über diesen um einen weiteren Weg spannbar ist.
  • Auf diese Weise werden der Nadelkolben und der weitere Kolben in einem unbeaufschlagten Zustand, d.h., wenn der Motor noch nicht angelassen wurde, in ihren Ausgangsstellungen sich befinden, in denen der Nadelkolben die Düse schließt und der weitere Kolben in seiner entgegengesetzten Endstellung anliegt. Bei Beaufschlagung der Düse und damit des Nadelkolbens baut sich in der Düse ein Druck auf, der schließlich den Nadelkolben von seinem Sitz abhebt und ihn gegen die Wirkung der Feder, die auch ein anderes kompressibles Mittel wie ein Druckspeicher sein kann, verschiebt, die dadurch zusammengedrückt wird. Die Verschiebung durch den Einspritzdruck dauert so lange, bis der maximale Einspritzdruck erreicht ist - in diesem Zustand wird der Nadelkolben eine Art Schwimmstellung einnehmen - oder bis der Nadelkolben gegen einen Anschlag fährt. Zum Schließen des Nadelkolbens muß nun der andere Kolben betätigt werden, wobei die Verschiebung mechanisch, hydraulisch, elektromagnetisch, etc. erfolgen kann. Der Zeitpunkt der Verschiebung wird von verschiedenen Parametern der Verbrennungskraftmaschine abhängig gemacht, und je nach Wahl des Schließzeitpunktes läßt sich die einzuspritzende Kraftstoffmenge genau festlegen. Bei der Verschiebung des Kolbens aus seiner einen Endstellung heraus wird aber die Feder - diesmal von der entgegengesetzten Seite - um ein weiteres Maß zusammengedrückt. Hierbei muß der öffnungsdruck nicht sofort erreicht werden, sondern eventuell mit einer Zeitverzögerung. Wird aber die resultierende Kraft aus Druckkraft und Federkraft den öffnungsdruck überwinden oder der öffnungsdruck plötzlich abgebaut, so wird die Feder den Nadelkolben wieder in seine Schließstellung verschieben. Danach kann der weitere Kolben entlastet werden und die Feder schiebt ihn in seine Ausgangsstellung zurück. Im ganzen gesehen'wird die Feder zum Schließen des Nadelkolbens noch einmal zusätzlich gespannt, so daß sich letztlich ein Schließdruck ergibt, der über dem Öffnungsdruck liegt.
  • Nach der Erfindung soll das kompressible Mittel um einen weiteren Weg spannbar sein, bevor der Nadelkolben aus seiner geöffneten Stellung verschiebbar ist.
  • Der Öffnungsdruck kann in einfacher Weise bei einer Düse mit einem den Kraftstoff zum Nadelkolben leitenden Kanal dadurch abgebaut werden, daß der Kanal über den weiteren Kolben verschließbar ist. Somit wird bei Druckabbau am Nadelkolben die gesamte Federkraft wirksam, so daß der Nadelkolben äußerst schnell in seine Schließstellung zurückgeführt wird und bei dem auf ihm lastenden Druck nicht noch einmal öffnen kann, wodurch eine ungewollte zweite Einspritzung entstehen würde. Hierbei wird der Druckabbau dadurch bewirkt, daß kein weiterer Kraftstoff mehr zum Nadelkolben gelangt und der Kraftstoff am Nadelkolben, der sich dann noch in seiner geöffneten Stellung befindet, in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eintritt.
  • Zum leichten Verschließen des den Kraftstoff zum Nadelkolben leitenden Kanals ist nach der Erfindung vorgesehen, daß in dem weiteren Kolben ein Kanal vorgesehen ist, der den Kanal mit einem weiteren Kanal in seiner der Schließstellung des Nadelkolbens entsprechenden Endstellung verbindet. Durch diese Maßnahme wird der erfindungsgemäß als Ringkanal ausgebildete Kanal im weiteren Kolben bei dessen Beaufschlagung nach und nach die Verbindung mit dem den Kraftstoff zum Nadelkolben leitenden Kanal unterbrechen, so daß der Kraftstofffluß zunächst gedrosselt und dann ganz unterbunden wird. Während der Drosselung bleibt der Einspritzdruck noch so groß, daß der Nadelkolben in seiner geöffneten Position verbleibt.
  • Dadurch, daß der Öffnungsweg des Nadelkolbens durch einen Haltering begrenzt ist, wird erreicht, daß der Einspritzdruck relativ groß sein kann und der Nadelkolben bei beaufschlagtem weiteren Kolben mit einer Zeitverzögerung schließt.
  • Zweckmäßig kann nach der Erfindung der weitere Kolben aus seiner der Schließstellung des Nadelkolbens entsprechenden Endstellung über einen Flüssigkeitsdruck verstellbar sein, der größer ist als der Einspritzdruck, der an der anderen Seite des Kolbens anliegt. Auf diese Weise wirkt der doppelte Einspritzdruck dem Flüssigkeitsdruck entgegen. Dieser Flüssigkeitsdruck ist veränderbar, so daß der Einspritzdruck zum Zurückführen des weiteren Kolbens in seine Ausgangsstellung mit herangezogen werden kann, wozu der Flüssigkeitsdruck abgebaut wird.
  • Zum Verändern des Flüssigkeitsdruckes und unter Umständen auch des Einspritzdruckes sind der mit dem Flüssigkeitsdruck beaufschlagbare Druckraum und der mit dem Einspritzdruck beaufschlagbare Druckraum am weiteren Kolben mit je einem Speiseraum mit veränderbarem Druck bzw. einer Pumpe über entsprechende Kanäle verbunden. Hierdurch läßt sich in einfacher Weise nicht nur die Einspritzmenge, sondern auch der Einspritzzeitpunkt leicht bestimmen, und zwar dadurch, welche Drücke zu welchem Zeitpunkt herrschen, wodurch als Folgeerscheinung eine bestimmte Bewegung des weiteren Kolbens erfolgt.
  • In der Zeichnung ist ein nachfolgend näher erläutertes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
    • Figur 1 eine Einspritzdüse, teilweise im Schnitt und mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ausgerüstet,
    • Figur 2 die Steuereinrichtung nach Figur 1, jedoch in einem größeren Maßstab, wobei der Ventilschieber oder weitere Kolben sich in seiner obersten Stellung und das Nadelventil oder der Nadelkolben in seiner geschlossenen Stellung befindet,
    • Figur 3 eine ähnliche Darstellung wie Figur 2, jedoch den Ventilschieber bzw. Kolben in einer Zwischenstellung und das Nadelventil bzw. den Nadelkolben in seiner teilweise geöffneten Stellung zeigend, und
    • Figur 4 die Steuereinrichtung nach Figur 1 mit einem sich in seiner untersten Stellung befindlichen Ventilschieber bzw. Kolben und einem sich in seiner geschlossenen Position befindlichen Nadelventil bzw. Nadelkolben.
  • In Figur 1 der Zeichnung ist eine Einspritzdüse mit 10, ihr Düsenkörper mit 12 und eine an einem Ende des Düsenkörpers vorgesehene Düsenspitze mit 14 bezeichnet. Über ein Gewinde 16 kann der Düsenkörper 12 in einen der Einfachheit halber nicht dargestellten Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine derart eingeschraubt werden, daß ihre Düsenspitze 14 mit einem Brennraum in Verbindung steht. In diesen Brennraum wird Kraftstoff in einem feinen Schleier eingespritzt, wozu in der Düsenspitze 14 einige Einspritzöffnungen 18 vorgesehen sind. Um aber den Einspritzvorgang genau steuern zu können, ist zunächst in dem Düsenkörper 12 der Einspritzdüse 10 ein erster und ein zweiter Speise- oder Druckraum 20, 22 vorgesehen, von denen jeder mit einem Sammelbehälter 24 und 28 und einer gesonderten Pumpe 26 und 30 verbunden ist. Hierbei kann der erste und zweite Druckraum 20, 22 als Flüssigkeitszuführraum mit veränderbarem Druck ausgebildet sein und dem Steuerungs- und Zumeßraum entsprechen, wie sie bei einigen Einspritzdüsen bereits vorkommen. Bei diesen Einspritzdüsen dient der Steuerungsraum zur Steuerung des Einspritzzeitpunktes und der Zumeßraum zur Bestimmung der Einspritzmenge. Außer den Druckräumen 20 und 22 ist in dem Düsenkörper 12 noch eine Steuereinrichtung 32 eingesetzt, die den Kraftstoffdurchfluß durch die Einspritzdüse 10 reguliert. Sie weist im einzelnen einen ersten und einen zweiten Hohlraum 34 und 36 auf, die zueinander im Düsenkörper axial derart ausgerichtet sind, daß der zweite Hohlraum 36 in unmittelbarer Nähe der Düsenspitze 14 zu liegen kommt. Damit liegen die Hohlräume zwischen den Druckräumen, mit denen sie ebenso wie untereinander verbunden sind, und der Düsenspitze, wobei ihre oberen und unteren Enden mit 38, 40 und 42, 44 bezeichnet sind. Was aber ihre Verbindung mit den Druckräumen anbelangt, so ist das obere Ende 38 des.Hohlraums 34 über einen ersten Kanal 46 mit dem ersten Druckraum 20 und das untere Ende 40 des ersten Hohlraums 34 als auch eine Stelle 50, die etwa mittig zwischen dem oberen und unteren Ende 38 und 40 liegt, mit dem zweiten Druckraum 22 über eine zweite Leitung 48 verbunden. Ein dritter Kanal 52 verbindet den ersten Hohlraum 34 in etwa im Bereich der Stelle 50 mit dem unteren Ende 44 oder Endbereich des zweiten Hohlraums 36. Ein Entlastungskanal 54 wiederum schließt den ersten Hohlraum 34 im Bereich seines oberen Endes 38 an einen Sammelbehälter 56 an, der mit dem Sammelbehälter 24 und/oder 28 verbunden sein kann. Anstelle der Entlastungsbohrung 54 kann aber auch ein Entlastungsventil in dem ersten Kanal 46 vorgesehen werden und die Sammelbehälter könnten auch in der Einspritzdüse integriert sein.
  • Die Steuereinrichtung ist ferner mit einem ersten Ventil oder Kolben, zweckmäßig einem Ventilschieber 58 ausgestattet, der in dem ersten Hohlraum 34 verschiebbar ist und gegen eine Stange 60 anliegt. Letztere erstreckt sich bis in den zweiten Hohlraum 36 und ist dort mit einem Querteil 62 wie einem Stift verbunden. Des weiteren ist in den Ventilschieber ein Kanal 64 oder eine Ringnut eingearbeitet, so daß zwei Ventilschieberstücke entstehen, zwischen denen eine Verbindung des Kanals 48 mit dem Kanal 52 entsteht, sofern sich der Ventilschieber 58 in seiner in Figur 1 oder 2 gezeigten obersten Stellung befindet. Der Ventilschieber 58 ist zwischen seinen Endstellungen, d.h. zwischen seiner obersten in Figur 1 und 2 wiedergegebenen Stellung und seiner untersten, in Figur 4 gezeigten Position durch Druckunterschiede, die in dem ersten und zweiten Druckraum 20 und 22 geschaffen werden, verschiebbar. Diese Druckunterschiede wirken auf das obere und untere Ende 38 und 40 des ersten Hohlraumes 34 und damit auch auf den Ventilschieber 58. Wird der Ventilschieber 58 aber aus seiner in Figur 1 oder 2 wiedergegebenen Posititon nach unten verstellt, und zwar in Richtung auf seine unterste Stellung, dann wird der Kanal 64 nicht mehr zu der Stelle 50 ausgerichtet sein, so daß der Kraftstoff auch nicht mehr vom Kanal 48 zum Kanal 52 oder umgekehrt gelangen kann. Andererseits wird der Ventilschieber 58 in dieser Stellung verhindern, daß Abgase aus dem Brennraum durch die Kanäle 52 und 48 in den zweiten Druckraum gelangen.
  • Ein zweites Ventil bzw. ein Nadelkolben oder ein Nadelventil 66 mit Stufendruckflächen ist in dem zweiten Hohlraum 36 vorgesehen und zwischen einer offenen und geschlossenen Stellung verschiebbar. In diesem kann einmal Kraftstoff durch die Düsenspitze 14 austreten, oder der Austritt von Kraftstoff wird unterbunden. Die obere Oberfläche des Nadelventils 66 ist mit 68, eine Zwischenfläche mit 70 und eine konische Grundfläche mit 72 bezeichnet. Letztere sitzt auf einem Sitz 73 auf, wenn sich das Nadelventil 66 in seiner geschlossenen Stellung befindet. In dieser Stellung ist die vom Kraftstoff beaufschlagte Fläche kleiner als die obere Oberfläche 68, weil der Kraftstoff nur die Zwischenfläche 70 beaufschlagen kann. Befindet sich aber das Nadelventil 66 in seiner offenen oder oberen Stellung, dann kann der Kraftstoff zusätzlich zur Zwischenfläche 70 noch die Grundfläche 72 beaufschlagen. Das Nadelventil 66 wird zwischen seiner offenen und geschlossenen Stellung durch die Bewegung des Ventilschiebers 58 und den Kraftstoffdruck verschoben, der, wie ausgeführt, auf die Zwischenfläche und zusätzlich auf die Grundfläche einwirken kann. Diese Doppelbetätigung macht es der Steuereinrichtung 32 möglich, auf einen Druckabfall am Kanal 64 bereits zu einem Zeitpunkt zu reagieren, in dem in dem zweiten Hohlraum 36 ein Druckabfall noch nicht ermittelt wurde. Dies wirkt sich darin aus, daß das Nadelventil 66 bereits in seine geschlossene Stellung gedrückt wird, bevor es einen Druckabfall in dem zweiten Hohlraum 36 ermitteln konnte.
  • In dem zweiten Hohlraum 36 befindet sich außerdem zwischen der oberen Oberfläche 68 des Nadelventils 66 und dem Querteil 62 eine Druckfeder 74, die dazu dient, Ventilschieber 58 und Nadelventil 66 voneinander fort zu drücken. Die Aufwärtsbewegung des Nadelventils wird durch einen Haltering 76 begrenzt, der ebenfalls in dem zweiten Hohlraum angeordnet ist.
  • Unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 4 wird nachfolgend die Arbeitsweise der Einspritzdüse 10 erläutert. In Figur 2 ist die Ausgangsposition dargestellt, in der in den Druckräumen 20 und 22 keine Druckdifferenz herrscht und der Druck die Bewegung der Steuereinrichtung 32 beeinflußt. In dieser Stellung befindet sich der Ventilschieber 58 in seiner obersten Stellung und Kraftstoff kann über den Kanal 64 aus dem Kanal 48 in den Kanal 52 bis in das Nadelventil 66 gelangen, das sich dann noch in seiner geschlossenen Stellung befindet, in der die Grundfläche 72 den Sitz 73 verschließt. In dieser Stellung ist die Druckfeder 74 leicht zusammengepreßt, wodurch der Ventilschieber 58 und das Nadelventil 66 voneinander fort gedrückt werden. Danach wird der Kraftstoffdruck in den beiden Druckräumen 20 und 22 über die Pumpen 26 und 30 bis auf einen vorherbestimmten Wert erhöht, der dann auf die Zwischenfläche wirkt und die Kraft der Druckfeder ausbalanciert. Diese Druckgleichheit läßt das Nadelventil 66 weiter auf seinem Sitz verbleiben, ist aber derart, daß das Nadelventil bei einem zusätzlichen Druckanstieg sofort öffnet. Wird der Druck in den beiden Druckräumen 20 und 22 gleichzeitig erhöht, so wird er sich bis zur Zwischenfläche 70 des Nadelventils 66 fortpflanzen und es entgegen der Kraft der Druckfeder 74 nach oben verschieben. Das Nadelventil 66 wird dabei geöffnet und Kraftstoff kann durch die Einspritzöffnungen 18 in der Düsenspitze 14 in den Brennraum des Verbrennungsmotors gelangen. Bei der Aufwärtsbewegung wird auch die Fläche des Nadelventils 66, die dem Kraftstoffdruck ausgesetzt ist, vergrößert, da dann der Kraftstoffdruck nicht nur die Zwischenfläche 70, sondern auch die Grundfläche 72 beaufschlagt. Hierdurch wird der Druckanstieg so groß, daß die Druckfeder 74 nicht mehr in der Lage ist, das Nadelventil 66 zu schließen. Es bleibt deshalb in seiner offenen Position.
  • Zu einem vorbestimmten Zeitpunkt wird dann in den Druckräumen 20 und 22 eine Druckdifferenz erzeugt, wobei der Druck in dem Druckraum 22 kleiner ist, so daß sich der Ventilschieber 58 nach unten in Richtung auf seine zweite Stellung bewegt. Dies ist in Figur 3 veranschaulicht, aus der zu ersehen ist, daß der Kanal 64 nicht mehr zu den Kanälen 48 und 52 bzw. zu der Stelle 50 ausgerichtet ist. Dadurch wird der Kraftstofffluß zwischen den Kanälen 48 und 52 zunächst gedrosselt und später ganz unterbunden. Gleichzeitig wird bei dieser nach unten gerichteten Bewegung die Druckfeder 74 weiter zusammengedrückt, da dann auf die Druckfeder der Querteil 62 infolge der gegen den Ventilschieber anliegenden Stange 60 wirkt. Die Druckfeder 74 wird so lange zusammengedrückt, bis ihre Federkraft der Differenz der Drücke entspricht, die auf die Oberseite des Ventilschiebers 58 und auf die Zwischenfläche 70 und Grundfläche 72 des Nadelventils 66 wirken. Zu etwa einem solchen Zeitpunkt, insbesondere bei weiterem Druckanstieg, wirkt die Druckfeder 74 als eine mechanische Stange und bewirkt eine Abwärtsbewegung des Nadelventils 66, die unmittelbar von der Abwärtsbewegung des Ventilschiebers abhängig ist. Unmittelbar bevor die Kraftstoffverbindung über den Kanal 64 ganz unterbrochen wird infolge der Abwärtsbewegung des Ventilschiebers 58, wird die Kraft der Feder der Druckdifferenz entsprechen, die zwischen dem ersten und zweiten Druckraum 20 und 22 herrscht. Das Nadelventil 66 wird dann bereits wieder mit seiner Abwärtsbewegung beginnen. Dies kann deshalb erfolgen, weil, nachdem der Kanal 54 aus dem Bereich der Stelle 50 geschoben wurde und damit über den Kanal 64 kein Kraftstoff mehr fließen kann, der Druck an der Zwischenfläche 70 und der Grundfläche 72 sich abzubauen beginnt. Der Druckabfall basiert auf zwei Faktoren, und zwar wird ein Teil des Kraftstoffes durch die Düsenspitze austreten und zum anderen ist der Kraftstofffluß aus dem zweiten Druckraum 22 gedrosselt oder ganz unterbunden. Der Druck in dem zweiten Druckraum wird so lange abfallen, bis sich das Nadelventil 66 wieder in seiner geschlossenen Stellung befindet, in der durch die Düsenspitze kein Kraftstoff mehr austreten kann. Da bei diesem Vorgang die Druckkraft der Druckfeder 74 höher als bei der Aufwärtsbewegung des Nadelventils 66 ist und der Druck unterhalb des Nadelventils 66 ständig abnimmt, wird das Nadelventil 66 sehr schnell schließen. Hieraus geht hervor, daß die Kraft, die zum Schließen des Nadelventils 66 erforderlich ist, größer ist als die Kraft, die zum Öffnen des Nadelventils benötigt wird. Durch dieses Merkmal wird ein scharfes Abreißen des Kraftstoffflusses durch die Düsenspitze im Brennraum des Verbrennungsmotors erreicht. Die größere Kraft verhindert auch ein frühzeitiges Wiederöffnen des Nadelventils, so daß ein ungewolltes, zweimaliges Einspritzen verhindert wird. In Figur 4 ist der Ventilschieber 58 sich in seiner untersten Stellung befindlich eingezeichnet und das Nadelventil nimmt seine Schließstellung ein oder befindet sich in seiner geschlossenen Stellung. In dieser Stellung wird aller durch den Kanal 46 aus dem ersten Druckraum 20 eingespeister Kraftstoff durch den Entlastungskanal 54 abströmen. Der Entlastungskanal dient dazu, Beschädigungen an der Steuereinrichtung 32 zu verhindern, die dadurch entstehen könnten, daß der Ventilschieber 58 gegen das untere Ende des ersten Hohlraums prallen könnte. Obwohl die Druckdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Druckraum groß ist, wird der Ventilschieber 58 nicht auf das untere Ende 40 aufprallen, da bei der Abwärtsbewegung ein immer größer werdender Bereich der Bohröffnung des Entlastungskanals 54 im oberen Ende 38 des Hohlraums freigegeben wird. Hierbei ist auch festzuhalten, daß der Kanal 64 bereits aus dem Bereich der Stelle 50 hinaus verschoben wurde, bevor die, obere Oberfläche des Ventilschiebers 58 unter die Bohröffnung des Entlastungskanals 54 verschoben worden ist. Dies gewährleistet, daß der Kraftstofffluß am Kanal 64 bereits gedrosselt oder unterbunden wurde, bevor ein Druckabbau über den Entlastungskanal erfolgen konnte. Die Zeitverzögerung stellt außerdem sicher, daß das Nadelventil 66 in seiner Schließstellung verbleibt und somit verhindert, daß ein zweiter ungewollter Einspritzvorgang stattfindet.
  • Zu einem weiteren vorherbestimmten Zeitpunkt wird die Druckdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Druckraum wieder auf Null ab- bzw. aufgebaut, wodurch der Ventilschieber 58 durch die Kraft der Druckfeder 74 aufwärts bewegt wird. Dabei entspannt sich die Druckfeder 74 auf ihre Anfangslänge, wie sie in Figur 2 angedeutet ist, und ein weiterer Zyklus kann beginnen.
  • Durch Veränderung der Druckdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Druckraum 20 und 22 kann sowohl der Zeitpunkt als auch die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffes bestimmt werden. Der genaue Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung durch die Düsenspitze 14 wird durch den öffnungszeitpunkt, zu dem das Nadelventil zu öffnen beginnt, bestimmt. Die einzuspritzende Kraftstoffmenge wird durch die Druckkraft der Druckfeder und die Druckdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Druckraum 20 und 22 bestimmt und begrenzt durch das Abschließen der Kraftstoffverbindung zwischen den Kanälen 48 und 52. Da das Nadelventil 66 seine Abwärtsbewegung in Abhängigkeit von der Abwärtsbewegung des Ventilschiebers beginnt, nachdem die Druckfeder 74 auf einen vorherbestimmten Wert zusammengedrückt und bevor ein Druckabfall an der Zwischenfläche 70 wahrgenommen wurde, kann der in eine Brennkammer einzuspritzende Kraftstoff wesentlich genauer gesteuert werden.

Claims (8)

1. Düse, insbesondere Einspritzdüse (10) mit einem Nadelkolben (66), der aus einer Schließstellung über den Einspritzdruck unter Vorspannung eines kompressiblen Mittels (Feder 74) um einen dem Öffnungsweg entsprechenden Weg in eine öffnende Stellung verschiebbar ist, und einem weiteren verschiebbaren, in der Schließstellung des Nadelkolbens (66) sich in einer Endstellung befindlichen Kolben (58), dadurch gekennzeichnet, daß das kompressible Mittel (Feder 74) mittel- oder unmittelbar gegen den weiteren Kolben anliegt und über diesen um einen weiteren Weg spannbar ist.
2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kompressible Mittel (Feder 74) um einen weiteren Weg spannbar ist, bevor der Nadelkolben. (66) aus seiner geöffneten Stellung verschiebbar ist.
3. Düse nach Anspruch 1 oder 2 mit einem den Kraftstoff zum Nadelkolben (66) leitenden Kanal (52), dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (52) über den weiteren Kolben (58) verschließbar ist.
4. Düse nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem weiteren Kolben (58) ein Kanal (64) vorgesehen ist, der den Kanal (52) mit einem weiteren Kanal (48) in seiner der Schließstellung des Nadelkolbens (66) entsprechenden Endstellung verbindet.
5. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (64) im weiteren Kolben (58) als Ringkanal ausgebildet ist.
6. Düse nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsweg des Nadelkolbens (66) durch einen Haltering (76) begrenzt ist.
7. Düse nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kolben (58) aus seiner der Schließstellung des Nadelkolbens (66) entsprechenden Endstellung über einen Flüssigkeitsdruck verstellbar ist, der größer ist als der Einspritzdruck, der an der anderen Seite des Kolbens anliegt.
8. Düse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Flüssigkeitsdruck beaufschlagbare Druckraum und der mit dem Einspritzdruck beaufschlagbare Druckraum am weiteren'Kolben mit je einem Speiseraum (20, 22) mit veränderbarem Druck bzw. einer Pumpe (26, 30) über entsprechende Kanäle (46) verbunden sind.
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