EP0153494A1 - Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0153494A1
EP0153494A1 EP84116263A EP84116263A EP0153494A1 EP 0153494 A1 EP0153494 A1 EP 0153494A1 EP 84116263 A EP84116263 A EP 84116263A EP 84116263 A EP84116263 A EP 84116263A EP 0153494 A1 EP0153494 A1 EP 0153494A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve needle
fuel
cap
stroke
injection nozzle
Prior art date
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Ceased
Application number
EP84116263A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dietrich Dipl.-Ing. Trachte
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0153494A1 publication Critical patent/EP0153494A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • 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
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/08—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection nozzle according to the preamble of the main claim.
  • injection nozzles of this type characterized by a variable stroke stop
  • a favorable ratio of injection quantity to injection duration can be achieved both in the high speed and / or load range and also when the internal combustion engine is idling.
  • the throttled passage leading into the working chamber of the damping device should have the smallest possible cross section.
  • this requires a relatively large return spring force and, in addition, a considerable initial or forward stroke can occur in the part-load and full-load range. This in turn leads to a steep increase in the injection course, which causes a stronger combustion noise.
  • the arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the ratio of injection quantity and injection duration with respect to fuel consumption and pollutant emission can be optimized in a wide range of the operating map of the internal combustion engine without having to accept an increased combustion noise.
  • a fuel pre-jet can be generated in the areas of the operating map that are critical with regard to noise generation without any additional measures.
  • the desired injection course in the case of injection nozzles whose valve needles open in the flow direction of the fuel, the desired injection course can also be generated in a controlled manner without additional stroke-controlled throttle cross sections in the flow path of the fuel, solely by appropriate training and tuning of the damping means. This will Coke-prone gaps are avoided and the fuel to be sprayed out is well prepared even when starting and idling.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a fuel injection nozzle of the generic type
  • FIGS. 2 to 4 functional diagrams of the injection nozzle according to FIG. 1
  • FIG. 5 shows an enlarged partial longitudinal section through FIG. 1 through the first exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 6 shows a functional diagram of the injection nozzle according to Figure 5
  • Figure 7 is a partial longitudinal section through the second embodiment.
  • the generic injection nozzle according to FIG. 1 has a nozzle body 10, which is clamped to a nozzle holder 14 by a union nut 12.
  • a sleeve 16 Arranged between the nozzle body 10 and the nozzle holder 14 is a sleeve 16 which has an inwardly directed shoulder 18 which divides a chamber 20 from a chamber 22 of larger diameter inside the injection nozzle.
  • a valve seat 24 is formed in the nozzle body 10 and a valve needle 26 is displaceably mounted, the sealing cone 27 of which is pressed against the valve seat 24 by a closing spring 28.
  • the closing spring 28 is supported on the nozzle body 10 and engages via a sleeve 30 which delimits the stroke of the valve needle 26 on a support disk 32 which in turn is supported on a shoulder 34 of the valve needle 26.
  • an inlet bore 36 is formed, which opens into the chamber 20, which is connected to the chamber 22 via an opening 38 surrounded by the shoulder 18. From this, a bore 40 in the nozzle body 10 leads into an annular space 42, which is formed between the bore in the nozzle body 10 guiding the valve needle 26 and a section 44 of the valve needle 26 with a reduced diameter and extends up to the valve seat 24. Between the sleeve 30 and the nozzle body 10, a distance h g is present in the closed position shown, which corresponds to the total stroke of the valve needle 26. The valve needle 26 is displaced outward in the opening direction by the fuel pressure against the closing spring 28 until the sleeve 30 strikes the nozzle body 10. When the valve closes, the closing spring 28 returns the valve needle 26 inward to the closed position shown.
  • a piston-shaped extension 46 adjoins the shoulder 34 of the valve needle 26, which extends through the opening 38 and projects into the chamber 20.
  • the diameter of the piston-shaped projection 46 corresponds to the guide diameter of the valve needle 26.
  • a cap 48 is placed on the projection 46, which has a bottom 50, a jacket part 52 and a collar 54.
  • a return spring 56 engages on the cap 48, which surrounds the jacket part and presses the collar 54 against the shoulder 18 of the sleeve 16.
  • transverse slots 58 are provided, through which the fuel can always pass from the chamber 20 into the chamber 22, even when the valve needle is closed.
  • a damping chamber 60 is formed in the cap 48 between the end face of the projection 46 and the base 50, and is connected to the chamber 20 in a throttled manner in a throttled bore 62 in the base 50 is.
  • the projection 46 covers the transverse slots 58 in the axial direction by the path h 1 , which is greater than the total stroke h g of the valve needle 26.
  • the path h 1 could, however, also be smaller than the total stroke h g by a minimal amount, so that there is still a small undamped partial stroke at the end of an opening stroke of the valve needle 26.
  • the throttle bore 62 could also be partially or completely replaced by a corresponding radial play between the cap 48 and the shoulder 46.
  • the piston-shaped extension 46 of the valve needle 26 and the cap 48 simultaneously form the means for damping the valve needle movement and a time-travel element which makes the beginning of the damping dependent on the speed and the size of the valve needle stroke.
  • the damping effect and the time-displacement function are determined by appropriate coordination of the return spring 56 with the throttle bore 62 and others, the inflow and outflow of the fuel into the damping chamber 60 and parameters determining it.
  • the closing stroke of the valve needle 26 is to begin, in which the cap 48 is pushed from the first end position E into the second end position E 2 .
  • the cap 48 covers a path a g which, as already mentioned, is somewhat smaller than the total stroke h of the valve needle 26.
  • the closing stroke is ended 9 at time t 2 .
  • the cap 48 begins to move back under the influence of the return spring 56 at a predetermined speed, which is shown in the diagram as the angle ⁇ .
  • a new opening stroke of the valve needle 26 begins at time t 3 when, as shown in FIG. 2, at time t 3 .
  • the cap 48 has not yet reached its first end position, it is returned to this end position at approximately the same speed as the valve needle 26. It then reaches the first end position at time t. From there, the cap 48 is held by the shoulder 18 in a further movement in the opening direction of the valve needle 26, whereby the damping means described are effective again.
  • the stroke curve has an inflection point K at time t 4 . From time t 4 , the valve needle 26 is transferred to the stroke end position at a damped, ie at a reduced speed, whereupon the game described is repeated.
  • FIGS. 3 and 4 illustrate that the damping device automatically adapts to the various operating states of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine runs at low speed and low load, so that the cap 48 reaches its first setting before the start of the next opening stroke. In this case, the damping is over the entire opening stroke the valve needle 26 effective.
  • FIG. 4 shows an operating state in which the internal combustion engine runs at high speed under high load, in which a large valve needle stroke also occurs. In this case, the next opening stroke begins before the cap 48 has returned to its first end position.
  • the break point K of the stroke curve h of the valve needle 26 has moved further towards the end of the stroke than in the operating state according to FIG. 2, so that a smaller part of the opening movement of the valve needle 26 is damped.
  • FIG. 4 also makes it clear that the break point K moves towards the opening stroke end h g of the valve needle, the faster the injection processes follow one another and the longer the injection lasts.
  • a first cap 64 is attached to the piston-like extension 46 of the valve needle 26 and is integrally connected to an extension 66 which forms a second piston. Between the cap 64 and the end face of the extension 46, a first working chamber 68 for the fuel is formed, which is connected via the radial clearance 70 between the cap 64 and extension 46 to the chamber 20 which lies in the flow path of the fuel.
  • the cap 64 is assigned the shoulder 18 of the sleeve 16, which in this exemplary embodiment is interrupted by a plurality of uniformly distributed radial slots 72 through which the fuel can get into the chamber 22 and into the radial play 70.
  • a second cap 74 is attached to the piston-like extension 66 of the first cap 64 and has a ring shaped collar 76 overlaps the first cap 64 with play. Between the shoulder 66 and the second cap 74, a second working chamber 78 for the fuel is formed, which is connected to the chamber 20 via the radial clearance 80 between the shoulder 66 and the cap 74 and via slots 82 in the collar 76. The two caps 64 and 74 delimit a space 83 between them, which is connected to the chamber 20 unthrottled.
  • the fuel exerts a force on the cap 64 in the opening direction, which is measured from the line pressure of the fuel prevailing in the chamber 20 and the size of the annular surface at the bottom of the cap 64, which is derived from the difference in the cross-sectional areas of the neck 46 and approach 66 results.
  • a return spring 84 acts on the cap 64, which is supported on the inside of the cap 74.
  • a return spring 86 acts on the cap 74 and is supported on the bottom of the chamber 20, which is fixed to the housing. In the starting position shown, the return springs 84 and 86, which are only weakly dimensioned in relation to the closing spring 28, have placed the caps 64 and 74 on the shoulder 18 fixed to the housing.
  • the fuel exerts three partial forces on the cap 64 which are approximately in equilibrium with one another.
  • the first partial force acts in the working chamber 78 on the end face of the shoulder 66 and the second partial force in the space 83 on the described annular surface on the bottom of the cap 64.
  • the third partial force acts in the working chamber 68 on the inner bottom surface of the cap 64 delimiting the working chamber 68.
  • the third partial force acting in the working chamber 68 rises only slightly in accordance with the spring constant of the compressive forces which are only slightly compressed in the injection phase c Closing spring 28 on, while the partial force acting in space 83 increases faster with the line pressure of the fuel.
  • the first partial force and, with it, the fuel pressure in the enlarging working chamber 78 decrease.
  • the pressure in the working chamber 78 has dropped to the vapor pressure of the fuel.
  • the fuel pressure in the working chamber 78 can no longer drop further and can no longer compensate for the further increase in the fuel pressure in the room 83
  • the partial force 83 exerted on the cap 64 now quickly exceeds the force of the closing spring 28, as a result of which the valve needle 26 is strongly accelerated.
  • the valve needle 26 and the cap 64 are now rapidly moved in the opening direction according to line d in FIG Time t 4 strikes shoulder 18 and valve needle 26 has carried out stroke h.
  • valve needle 26 is decelerated into the end position solely by the first damping device formed from parts 46, 64, 70 over a final stroke h 2 transferred, which it reached at time t 5 and in which it has completed the final stroke h e .
  • a dash-dotted line e - f - g indicates how an injection nozzle according to FIG. 1 would work with the same fuel throughput. It is assumed that at the point in time t x the fuel subset that has already been injected has fully ignited. Then it can be seen from the diagram that, in the arrangement according to the invention, a smaller amount of fuel takes part in the ignition process, as a result of which the noise can be reduced and the quality of combustion can be improved. After ignition, the fuel throughput is increased rapidly, so that as a result, the same amount of fuel is passed through per injection process as with the injection nozzle according to FIG. 1.
  • a cap 88 with radial clearance 90 is plugged onto the extension 46 of the valve needle 26, which surrounds a first working chamber 92 and itself forms a piston onto which a second cap 94 with radial clearance 96 is attached.
  • the cap 94 encloses a second working chamber 98, which is connected to the chamber 20 or the inlet bore 36 via a check valve 100, which permits a largely unrestricted discharge of the fuel from the working chamber 98.
  • the cap 88 is pressed against the shoulder 18 by a return spring 102 supported on the cap 94.
  • the cap 94 is under the influence of a strong support spring 104 which presses the cap 94 against a stop 106 fixed to the housing.
  • the cap 94 is provided with one or more radial slots 108 for the passage of the fuel from the inlet bore 36 into the chamber 20.

Landscapes

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit einer schließfederbelasteten Ventilnadel (26) und einer Dämpfungseinrichtung (46, 64, 70 bzw. 46, 88, 90), welche den in die volle Offenstellung der Ventilnadel (26) führenden Endhub (h2) abhängig von der Hubzahl und/oder der Hublänge der Ventilnadel (26) bzw. der pro Einspritzvorgang durchgesetzten Kraftstoffmenge dämpft. Die Ventilnadel (26) ist mit einer zweiten Dämpfungseinrichtung (66, 74, 80 bzw. 88, 94, 96) gekoppelt, die im Teil- und Volllastbetrieb auch den aus der Schließstellung herausführenden Anfangshub (h1) der Ventilnadel (26) mindestens streckenweise dämpft. Dadurch ist erreicht, daß sich für einen weiten Bereich des Betriebskennfeldes das Verhältnis von Einspritzmenge und Einspritzdauer bezüglich Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemission optimieren läßt, ohne daß ein erhöhtes Verbrennungsgeräusch in den kritischen Bereichen in Kauf genommen werden muß.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoff-Einspritzdüse nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei Einspritzdüsen dieser durch einen variablen Hubanschlag gekennzeichneten Gattung läßt sich ein günstiges Verhältnis von Einspritzmenge zur Einspritzdauer sowohl im hohen Drehzahl- und/oder Lastbereich als auch im Leerlauf der Brennkraftmaschine erreichen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß im Interesse einer Minimierung des Leerlaufgeräusches der in die Arbeitskammer der Dämpfungseinrichtung führende, gedrosselte Durchgang einen möglichst geringen Querschnitt haben sollte. Dies bedingt jedoch eine verhältnismäßig große Rückführfederkraft und außerdem kann sich im Teillast- und Volllastbereich ein beträchtlicher Anfangs- bzw. Vorhub einstellen. Dies wiederum führt zu einem steilen Anstieg des Einspritzverlaufs, der ein stärkeres Verbrennungsgeräusch verursacht.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich in einem weiten Bereich des Betriebskennfeldes der Brennkraftmaschine das Verhältnis von Einspritzmenge und Einspritzdauer bezüglich Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemission optimieren läßt, ohne daß ein erhöhtes Verbrennungsgeräusch in Kauf genommen werden muß.
  • Durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Hauptanspruchs möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wirkung der zweiten Dämpfungseinrichtung oberhalb eines vorgegebenen Schvellwertes des Kraftsto-ffdrucks unabhängig von der Öffnungsgeschwindigkeit ist und mindestens annähernd ihre dem Schwellwert zugeordnete Größe beibehält. Dadurch kann ohne weitere zusätzliche Maßnahmen ein Kraftstoffvorstrahl in den bezüglich der Geräuschbildung kritischen Bereichen des Betriebskennfeldes erzeugt werden.
  • Mit der erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich bei Einspritzdüsen, deren Ventilnadeln in Strömungsrichtung des Kraftstoffs öffnen, auch erreichen, daß der gewünschte Einspritzverlauf ohne zusätzliche hubgesteuerte Drosselquerschnitte im Strömungsweg des Kraftstoffs, allein durch entsprechende Ausbildung und Abstimmung der Dämpfungsmittel kontrolliert erzeugt werden kann. Dadurch werden verkokungsgefährdete Spalte vermieden und der auszuspritzende Kraftstoff auch beim Start und im Leerlauf gut aufbereitet.
    • Zeichnung
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Kraftstoff-Einspritzdüse der gattungsmäßigen Art, die Figuren 2 bis 4 Funktionsschaubilder der Einspritzdüse nach Figur 1, Figur 5 einen gegenüber Figur 1 vergrößerten Teil-Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figur 6 ein Funktionsschaubild der Einspritzdüse nach Figur 5, und Figur 7 einen Teil-Längsschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Die gattungsmäßige Einspritzdüse nach Figur 1 hat einen Düsenkorper 10, der durch eine Überwurfmutter 12 an einem Düsenhalter 14 festgespannt ist. Zwischen dem Düsenkörper 10 und dem Düsenhalter 14 ist eine Hülse 16 angeordnet, welche eine nach innen gerichtete Schulter 18 hat, die eine Kammer 20 von einer im Durchmesser größeren Kammer 22 im Inneren der Einspritzdüse abteilt. Im Düsenkörper 10 ist ein Ventilsitz 24 gebildet und eine Ventilnadel 26 verschiebbar gelagert, deren.Dichtkegel 27 von einer Schließfeder 28 gegen den Ventilsitz 24 gedrückt ist. Die Schließfeder 28 stützt sich am Düsenkörper 10 ab und greift über eine den Hub der Ventilnadel 26 begrenzende Hülse 30 an einer Stützscheibe 32 an, die sich ihrerseits an einer Schulter 34 der Ventilnadel 26 abstützt.
  • Im Düsenhalter 14 ist eine Zulaufbohrung 36 gebildet, welche in die Kammer 20 einmündet, die über einen von der Schulter 18 umgebenen Durchbruch 38 mit der Kammer 22 verbunden ist. Aus dieser führt eine Bohrung 40 im Düsenkörper 10 in einen Ringraum 42, der zwischen der die Ventilnadel 26 führenden Bohrung im Düsenkörper 10 und einen im Durchmesser verkleinerten Abschnitt 44 der Ventilnadel 26 gebildet ist und bis vor den Ventilsitz 24 reicht. Zwischen der Hülse 30 und dem Düsenkörper 10 ist in der dargestellten Schließlage ein Abstand hg vorhanden, welcher dem Gesamthub der Ventilnadel 26 entspricht. Die Ventilnadel 26 wird vom Kraftstoffdruck entgegen der Schließfeder 28 nach außen in Öffnungsrichtung verschoben, bis die Hülse 30 am Düsenkörper 10 anschlägt. Beim Schließen des Ventils führt die Schließfeder 28 die Ventilnadel 26 nach innen in die dargestellte Schließlage zurück.
  • An die Schulter 34 der Ventilnadel 26 schließt sich ein kolbenförmiger Ansatz 46 an, welcher durch den Durchbruch 38 hindurchtritt und in die Kammer 20 ragt. Der Durchmesser des kolbenförmigen Ansatzes 46 entspricht dem Führungsdurchmesser der Ventilnadel 26. Auf den Ansatz 46 ist ein Kappe 48 aufgesetzt, welch einen Boden 50, einen Mantelteil 52 und einen Bund 54 hat. An der Kappe 48 greift eine Rückholfeder 56 an, welche den Mantelteil umgibt und den Bund 54 gegen Die Schulter 18 der Hülse 16 drückt.
  • Im Bund 54 und einem daran anschließenden Bereich des Mantelteils 52 der Kappe 48 sind Querschlitze 58 vorgesehen, durch welche der Kraftstoff immer, auch bei geschlossener Ventilnadel, aus der Kammer 20 in die Kammer 22 übertreten kann. Zwischen der Stirnseite des Ansatzes 46 und dem Boden 50 ist in der Kappe 48 eine Dämpfungskammer 60 gebildet, welche über eine Drosselbohrung 62 im Boden 50 gedrosselt mit der Kammer 20 verbunden ist. In der dargestellten Schließlage überdeckt der Ansatz 46 die Querschlitze 58 in axialer Richtung um den Weg h1, welcher größer als der Gesamthub hg der Ventilnadel 26 ist. Der Weg h1 könnte aber auch um einen minimalen Betrag kleiner als der Gesamthub hg sein, so daß sich am Ende eines Öffnungshubes der Ventilnadel 26 noch ein geringer ungedämpfter Teilhub ergibt.
  • Die Drosselbohrung 62 könnte auch teilweise oder ganz durch ein entsprechendes Radialspiel zwischen Kappe 48 und Ansatz 46 ersetzt werden. Der kolbenförmige Ansatz 46 der Ventilnadel 26 und die Kappe 48 bilden gleichzeitig die Mittel zum Dämpfen der Ventilnadelbewegung und ein Zeit-Wegglied, welches den Beginn der Dämpfung abhängig von der Drehzahl und der Größe des Ventilnadelhubes macht. Die Dämpfungswirkung und die Zeit-Wegfunktion werden durch entsprechende Abstimmung der Rückholfeder 56 mit der Drosselbohrung 62 und anderer, das Ein- und Ausptromen des Kraftstoffs in die Dämpfungskammer 60 und aus dieser heraus bestimmender Parameter festgelegt.
  • Die gattungsmäßige Einspritzdüse arbeitet wie folgt:
    • Durch den ansteigenden Kraftstoffdruck am Beginn eines ersten Einspritzvorganges entsteht sofort eine Druckdifferenz zwischen der Dämpfungskammer 60 und der Kammer 20, weil die, Kappe 48 der Bewegung der Ventilnadel 26 nicht folgen kann. Der Druckanstieg in der Dämpfungskammer 60 erfolgt dabei langsamer als in der Kammer 20, so daß die Bewegung der Ventilnadel 26 bei diesem ersten Hub von Anfang an verzögert bzw. gedämpft wird, bis gegebenenfalls die Ventilnadel 26 den Weg h1 zurückgelegt hat und die Stirnseite des Ansatzes 46 in den Bereich der Querschlitze 58 gelangt. Von dort ab erfolgt ein Resthub der Ventilnadel ungedämpft, bis die Hülse 30 am Düsenkörper 10 anschlägt. Die gezeigte Stellung der Kappe 48 ist im folgenden als deren erste Endstellung bezeichnet.
  • Beim beschriebenen Öffnungshub der Ventilnadel 26 wird Kraftstoff durch die Drosselbohrung 62 in die Dämpfungskammer 60 gedrückt. Beim folgenden Schließhub wird die Kappe 48 über das Kraftstoffpolster in der Dämpfungskammer 60 mit nach oben in eine im folgenden als zweite Endstellung bezeichnete Stellung verschoben. Dabei setzt die Rückholfeder 56 der wesentlich stärkeren Schließfeder 28 nur einen verhältnismäßig geringen Widerstand entgegen, so daß der Schließhub weitgehend ungedämpft erfolgt. Von Beginn des Schließhubes ab drückt die Rückholfeder 56 die Kappe 48 gegen das Stirnende des Ansatzes 46 zurück, wobei die in die Dämpfungskammer 60 vorher eingeströmte Kraftstoffmenge aus der Dämpfungskammer 60 wieder verdrängt wird. Das kann wegen der engen Drosselbohrung 62 wiederum nur mit einer gewissen Verzögerung erfolgen. Der Ab-. stand zwischen der ersten und der zweiten Endstellung der Kappe 48 entspricht etwa dem Ventilnadelhub, verringert um einen geringen Rückhub, welchen die Kappe 48 schon während der Schließzeit der Ventilnadel 26 unter dem ständigen Einfluß der Rückholfeder 56 ausführt.
  • Die Funktion des aus Kappe 48 samt Dämpfungskammer 60 und Rückholfeder 56 gebildeten Zeit-Weggliedes ist im folgenden anhand der Schaubilder in den Figuren 2 bis 4 beschrieben. In diesen Schaubildern sind jeweils der Verlauf des Ventilnadelhubes mit voll ausgezogenen Linien h und der Verlauf der Auslenkung der Kappe 48 mit gestrichelten Linien a über der Zeit t dargestellt. In allen drei Schaubildern liegt die in Figur 1 darge-, stellte Schließlage der Ventilnadel 26 und die erste Endstellung der Kappe 48 in der Zeitachse t.
  • Zum Zeitpunkt t (Figur 2) soll der Schließhub der Ventilnadel 26 beginnen, bei welchem die Kappe 48 aus der ersten Endstellung E in die zweite Endstellung E2 geschoben wird. Die Kappe 48 legt dabei einen Weg ag zurück, der, wie bereits erwähnt, etwas kleiner als der Gesamthub h der Ventilnadel 26 ist. Der Schließhub ist 9 zum Zeitpunkt t2 beendet. Von da ab beginnt sich die Kappe 48 unter dem Einfluß der Rückholfeder 56 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit zurückzubewegen, welche im Schaubild sich als Winkel α darstellt.
  • Zum Zeitpunkt t3 beginnt ein neuer Öffnungshub der Ventilnadel 26. Wenn, wie in Figur 2 dargestellt, zum Zeitpunkt t3. die Kappe 48 ihre erste Endstellung noch nicht wieder erreicht hat, wird sie mit annähernd der gleichen Geschwindigkeit wie die Ventilnadel 26 in diese Endstellung zurückgeführt. Sie erreicht dann die erste Endstellung zum Zeitpunkt t,. Von da ab wird die Kappe 48 durch die Schulter 18 an einer weiteren Bewegung in Öffnungsrichtung der Ventilnadel 26 festgehalten, wodurch die beschriebenen Dämpfungsmittel wieder wirksam werden. Im Schaubild ist dies dadurch erkennbar, daß der Hubverlauf zum Zeitpunkt t4 ein Knickpunkt K hat. Von Zeitpunkt t4 wird die Ventilnadel 26 mit gedämpfter, d.h. mit verringerter Geschwindigkeit, in die Hubendstellung überführt, worauf sich das beschriebene Spiel wiederholt.
  • In den Figuren 3 und 4 ist veranschaulicht, daß sich die Dämpfungseinrichtung den verschiedenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine selbsttätig anpaßt. In Figur 3 läuft die Brennkraftmaschine mit geringer Drehzahl und geringer Belastung, so daß die Kappe 48 ihre erste Enstellung bereits vor Beginn des nächsten Öffnungshubes errreicht. In diesem Fall ist die Dämpfung über dem gesamten Öffnungshub der Ventilnadel 26 wirksam. In Figur 4 ist ein Betriebszustand dargestellt, bei welchem die Brennkraftmaschine mit hoher Drehzahl unter großer Belastung läuft, bei welcher sich auch ein großer Ventilnadelhub einstellt. In diesem Fall beginnt der nächste Öffnungshub, bevor die Kappe 48 in ihre erste Endstellung zurückgelaufen ist. Der Knickpunkt K des Hubverlaufes h der Ventilnadel 26 ist noch weiter gegen das Hubende hin gerückt, als beim Betriebszustand nach Figur 2, so daß auch ein geringerer Teil der Öffnungsbewegung der Ventilnadel 26 gedämpft wird. Die Figur 4 macht auch deutlich, daß der Knickpunkt K um so weiter gegen das Öffnungshubende hg der Ventilnadel rückt, je schneller die Einspritzvorgänge aufeinanderfolgen und je länger die Einspritzung andauert.
  • Bei der in Figur 5 dargestellten Einspritzdüse nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf den kolben- artigen Ansatz 46 der Ventilnadel 26 eine erste Kappe 64 aufgesteckt, die mit einem Ansatz 66 einstückig verbunden ist, der einen zweiten Kolben bildet. Zwischen der Kappe 64 und der Stirnseite des Ansatzes 46 ist eine erste Arbeitskammer 68 für den Kraftstoff gebildet, welche über das Radialspiel 70 zwischen Kappe 64 und Ansatz 46 mit der Kammer 20 verbunden ist, die im Strömungsweg des Kraftstoffs liegt. Der Kappe 64 ist als gehäusefester Anschlag die Schulter 18 der Hülse 16 zugeordnet, welche bei diesem Ausführungsbeispiel durch mehrere, gleichmäßig verteilte Radialschlitze 72 unterbrochen ist, durch welche der Kraftstoff in die Kammer 22 und in das Radialspiel 70 gelangen kann.
  • Auf den kolbenartigen Ansatz 66 der ersten Kappe 64 ist eine zweite Kappe 74 aufgesteckt, welche mit einem ringförmigen Kragen 76 die erste Kappe 64 mit Spiel übergreift. Zwischen dem Ansatz 66 und der zweiten Kappe 74 ist eine zweite Arbeitskammer 78 für den Kraftstoff gebildet, welche über das Radialspiel 80 zwischen Ansatz 66 und Kappe 74 und über Schlitze 82 im Kragen 76 mit der Kammer 20 verbunden ist. Die beiden Kappen 64 und 74 grenzen zwischen sich einen Raum 83 ein, welcher ungedrosselt mit der Kammer 20 verbunden ist. In diesem Raum 83 übt der Kraftstoff auf die Kappe 64 eine Kraft in Öffnungsrichtung aus, welche sich aus dem in der Kammer 20 herrschenden Leitungsdruck des Kraftstoffs und der Größe der Ringfläche am Boden der Kappe 64 bemißt, die sich aus der Differenz der Querschnittsflächen von Ansatz 46 und Ansatz 66 ergibt.
  • An der Kappe 64 greift eine Rückführfeder 84 an, welche sich an der Kappe 74 innen abstützt. An der Kappe 74 greift eine Rückführfeder 86 an, welche sich am gehäusefesten Boden der Kammer 20 abstützt. In der dargestellten Ausgangslage haben die Rückführfedern 84 und 86, die gegenüber der Schließfeder 28 nur schwach bemessen sind, die Kappen 64 und 74 an die gehäusefeste Schulter 18 angelegt.
  • Die Funktion der Einspritzdüse nach Figur 5 ist nachfolgend anhand des Schaubildes nach Figur 6 beschrieben:
    • Wie bei der gattungsmäßigen Einspritzdüse nach Figur 1 soll ein Öffnungshub der Ventilnadel 26 zum Zeitpunkt.t3 beginnen (vergl. Figur 2). Zu diesem Zeitpunkt sollen die Kappen 64 und 74 noch nicht in ihre in Figur 5 dargestellte Ausgangslage zurückgekehrt sein. Ferner sei angenommen, daß die Radialspiele 70, 80 und die Rückführfedern 84 und 86 so aufeinander abgestimmt sind, daß der noch zurückzulegende Restweg der Kappe 64 bis zum Erreichen der Schulter 18 größer als der Restweg der Kappe 74 ist. Nachdem zum Zeitpunkt t3 der Leitungs- bzw. Zulaufdruck des Kraftstoffs den Schließdruck der Schließfeder 28 überwunden hat, bewegt sich die Ventilnadel 26 ungedämpft nach unten, bis die zweite Kappe 74 zum Zeitpunkt t'3 an der Schulter 18 anschlägt. Dieser erste ungedämpfte Vorhub der Ventilnadel 26 entspricht in Figur 6 der Linie b.
  • Vom Zeitpunkt t'3 an erfolgt die weitere Öffnungsbewegung der Ventilnadel 26 gedämpft, weil der Kraftstoff nur noch über die Radialspiele 70, 80 gedrosselt hinter die Stirnseiten der kolbenartigen Ansätze 46 und 66 an der Ventilnadel 26 und Kappe 64 treten und eine Öffnungskraft auf die Ventilnadel ausüben kann. Diese Kraft übersteigt die Kraft der Schließfeder 28 nur um ein geringes Maß, bzw. entspricht ihr, so daß die abgebremste Ventilnadel 26 sich nur mit geringer Geschwindigkeit weiterbewegt. In Figur 6 entspricht diese Einspritzphase der Linie c, die nur flach und geringfügig nach oben gekrümmt ansteigt.
  • In der Bewegungsphase c übt der Kraftstoff auf die Kappe 64 drei Teilkräfte aus, die miteinander etwa im Gleichgewicht stehen. Die erste Teilkraft wirkt in der Arbeitskammer 78 auf die Stirnfläche des Ansatzes 66 und die zweite Teilkraft im Raum 83 auf die beschriebene Ringfläche am Boden der Kappe 64 ein. Die dritte Teilkraft wirkt in der Arbeitskammer 68 auf die die Arbeitskammer 68 begrenzende innere Bodenfläche der Kappe 64 ein. Die in der Arbeitskammer 68 wirkende dritte Teilkraft steigt nur geringfügig entsprechend der Federkonstante der sich in der Einspritzphase c nur wenig zusammendrückenden Schließfeder 28 an, während die im Raum 83 wirkende Teilkraft mit dem Leitungsdruck des Kraftstoffs schneller ansteigt. Das hat zur Folge, daß die erste Teilkraft und mit ihr der Kraftstoffdruck in der sich vergrößernden Arbeitskammer 78 sinkt. Zum Zeitpunkt t"3 ist der Druck in der Arbeitskammer 78 auf den Dampfdruck des Kraftstoffs abgesunken. Von diesem Zeitpunkt an kann der Kraftstoffdruck in der Arbeitskammer 78 nicht mehr weiter sinken und den weiteren Anstieg des Kraftstoffdruckes im Raum 83 nicht mehr kompensieren. Die im Raum 83 auf die Kappe 64 ausgeübte Teilkraft übersteigt nun rasch die Kraft der Schließfeder 28, wodurch die Ventilnadel 26 eine starke Beschleunigung erfährt. Die Ventilnadel 26 und die Kappe 64 werden jetzt gemäß Linie d in Figur 6 rasch in Öffnungsrichtung bewegt, bis die Kappe 64 zur Zeit t4 an der Schulter 18 anschlägt und die Ventilnadel 26 den Hub h ausgeführt hat. Von diesem Zeitpunkt an wird die Ventilnadel 26 allein durch die aus den Teilen 46, 64, 70 gebildete erste Dämpfungseinrichtung über einen Endhub h2 hinweg verzögert in die Endstellung überführt, welche sie zum Zeitpunkt t5 erreicht und in welcher sie den Endhub he zurückgelegt hat.
  • Im Schaubild nach Figur 6 ist mit einem strichpunktierten Linienzug e - f - g angedeutet, wie eine Einspritzdüse gemäß Figur 1 bei gleichem Kraftstoffdurchsatz arbei-ten würde. Es sei angenommen, daß zum Zeitpunkt tx die bis dahin schon eingespritzte Kraftstoff-Teilmenge voll durchzündet. Dann ist aus dem Schaubild ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung eine kleinere Kraftstoffmenge an dem Durchzündvorgang teilnimmt, wodurch das Geräusch vermindert und die Verbrennungsgüte verbessert werden kann. Nach der Zündung wird der Kraftstoffdurchsatz rasch gesteigert, so daß im Ergebnis pro Einspritzvorgang gleich viel Kraftstoff durchgesetzt wird wie bei der Einspritzdüse nach Figur 1.
  • Durch das ungedämpft erfolgende Abheben der Ventilnadel 26 vom Ventilsitz 24 (Linie b) wird erreicht, daß der Bereich sehr kleiner Nadelhübe, in dem laminare Strömung im Ventilsitz auftreten kann (und damit nur eine geringe Kraftstoffmenge schlecht aufbereitet austritt), schnell durchfahren wird. In bestimmten Fällen kann auch hierauf verzichtet werden, so daß Linie c in t3 beginnt. Bei entsprechender Bemessung der Dämpfungsmittel kann in vielen Fällen auf eine Überdeckung am Ventilsitz 24 verzichtet werden. Dadurch wird auch bei kleinen Hüben der Ventilnadel beim Start und im Leerlauf eine gute Aufbereitung des Kraftstoffs erreicht.
  • Bei der Einspritzdüse nach Figur 7 ist auf den Ansatz 46 der Ventilnadel 26 eine Kappe 88 mit Radialspiel 90 aufgesteckt, welche eine erste Arbeitskammer 92 umschließt und selbst einen Kolben bildet, auf welchen eine zweite Kappe 94 mit Radialspiel 96 aufgesteckt ist. Die Kappe 94 umschließt eine zweite Arbeitskammer 98, die mit der Kammer 20 bzw. der Zulaufbohrung 36 über ein Rückschlagventil 100 verbunden ist, welches einen weitgehend ungedrosselten Ausschub des Kraftstoffs aus der Arbeitskammer 98 erlaubt. Die Kappe 88 ist durch eine an der Kappe 94 abgestützte Rückführfeder 102 gegen die Schulter 18 drückt. Die Kappe 94 steht unter dem Einfluß einer starken Stützfeder 104, welche die Kappe 94 gegen einen gehäusefesten Anschlag 106 drückt. Zum Durchtritt des Kraftstoffs aus der Zulaufbohrung 36 in die Kammer 20 ist die Kappe 94 mit einem oder mehreren Radialschlitzen 108 versehen.
  • Die Einspritzdüse nach Figur 7 arbeitet wie folgt:
    • Beim Öffnungshub der Ventilnadel 26 kann der Kraftstoff über die Radialspiele 90 und 96 nur gedrosselt in die Arbeitskammer 92 und 98 gelangen und auf die Ventilnadel 26 einwirken, so daß auch hier der Öffnungshub anfänglich gedämpft erfolgt. Analog zur Funktion der Einspritzdüse nach Figur 5 ist zum Zeitpunkt t"3 der Druck in der Arbeitskammer 98 auf einen kritischen Wert abgefallen, bei welchem hier die Vorspannung der Stützfeder 104 überwunden und die zweite Kappe 94 mit der sich danach rasch weiterbewegenden Ventilnadel 26 nach unten geführt wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß die zweite Kappe 94 noch einen gewissen Abstand zur Schulter 18 hat, wenn die erste Kappe 88 zum Zeitpunkt t4 zur Anlage an die Schulter 18 kommt und den gedämpften Endhub h2 der Ventilnadel 26 einleitet. Beim Sahließhub der Ventilnadel 26 wird der Kraftstoff aus der Arbeitskammer 98 über das Rückschlagventil 100 rasch und ohne nennenswerten Widerstand verdrängt.

Claims (7)

1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit einer Ventilnadel (26), die von einer Schließfeder (28) belastet, vom Kraftstoffdruck im Öffnungssinn beaufschlagt und mit einer Dämpfungseinrichtung (46, 64, 70 bzw. 46, 88, 90) gekoppelt ist, welche im Teil- und Vollastbetrieb einen in die volle Offenstellung führenden Endhub (h2) der Ventilnadel (26) in Abhängigkeit von deren Hubzahl und/oder Hublänge bzw. der - pro Einspritzvorgang durchgesetzten Kraftstoffmenge dämpft, wobei die Dämpfungswirkung durch zeitliches Verschieben des Dämpfungsbeginns gegenüber dem Einspritzbeginn veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (26) mit einer zweiten Dämpfungseinrichtung (66, 74, 80 bzw. 88, 94, 96) gekoppelt ist, die im Teil- und Vollastbetrieb auch den aus der Schließstellung herausführenden Anfangshub (h1) der Ventilnadel (26) mindestens streckenweise dämpft.
2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, bei welcher die Öffnungsbewegung der Ventilnadel (26) in Strömungsrichtung des Kraftstoffs erfolgt und die erste Dämpfungseinrichtung eine auf das anströmseitige Stirnende (46) der Ventilnadel (26) aufgesteckte Kappe (64 bzw. 88) hat, welche von einer Rückführfeder (84 bzw. 102) gegen die Stirnseite der Ventilnadel (26) gedrückt ist und mit dieser eine mit Kraftstoff gefüllte Arbeitskammer (68 bzw. 92) umschließt, welche nur über einen gedrosselten Durchgang (70 bzw. 90) mit dem Strömungsweg (20) des Kraftstoffs verbunden ist, und ferner mit einem gehäusefesten Anschlag (18), an welchen die Kappe (64 bzw. 88) am Beginn des gedämpften Endhubes (h2) zur Anlage kommt, wonach der Kraftstoff nur über den gedrosselten Durchgang (70 bzw. 90) hinter die Stirnseite der Ventilnadel (26) zu treten und diese unter Vergrößerung der Arbeitskammer (68 bzw. 92) zu verschieben vermag, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dämpfungseinrichtung eine mit dem Strömungsweg (20) über einen gedrosselten Durchgang (80 bzw. 96) verbundene kraftstoffgefüllte zweite Arbeitskammer (78 bzw. 98) hat, welche zwischen einem zweiten Kolben (66 bzw. 88) und einer auf diesen aufgesteckten, zweiten Kappe (74 bzw. 94) gebildet ist, das ferner der zweite Kolben (66 bzw. 88) mit der ersten Kappe (64 bzw. 88) fest verbunden bzw. durch jene Kappe (88) selbst gebildet ist, und daß der zweiten Kappe (74, bzw. 94) eine Rückführfeder (86 bzw. 104) und ein gehäusefester Anschlag (18 bzw. 106) zugeordnet sind.
3. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (66, Figur 5) einen kleineren Durchmesser als der erste Kolben (46) hat, daß die zweite Kappe (74) von ihrer Rückführfeder (86) in der gleichen Richtung wie die erste Kappe (64) von deren Rückführfeder (84) beaufschlagt und.so bemessen ist, daß sie-beim Öffnungshub der Ventilnadel (26) zeitlich vor der ersten Kappe (64) am gehäusefesten Anschlag (18) zur Anlage kommt.
4. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung der zweiten Dämpfungseinrichtung (64, 74, 80 bzw. 88, 94, 96) oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes des Kraftstoffdrucks unabhängig von der Öffnungsgeschwindigkeit ist und mindestens annähernd ihre dem Schwellwert zugeordnete Größe beibehält.
5. Einspritzdüse nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wirkung der zweiten Dämpfungseinrichtung (66, 74, 80) beeinflussenden Parameter so aufeinander und auf die Schließfeder (28) der Ventilnadel (26) abgestimmt sind, daß der Kraftstoffdruck in der zweiten Arbeitskammer (78) auf den Dampfdruck des Kraftstoffs abgesunken ist, wenn der Kraftstoffdruck (26) den Schwellwert erreicht.
6. Einspritzdüse nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kappe (94, Figur 7) entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffs an einem gehäusefesten Anschlag (106) abgestützt ist, daß die zweite Arbeitskammer (98) mit dem Strömungsweg des Kraftstoffs zusätzlich über einen ungedrosselten Durchgang verbunden ist, welcher ein gegen den Strömungsweg hin öffnendes Rückschlagventil (100) enthält, und daß die die Wirkung der zweiten Dämpfungseinrichtung (88, 94, 96) bestimmenden Parameter so aufeinander und auf die Schließfeder (28) der Ventilnadel (26) abgestimmt sind, daß die Vorspannkraft der die zweite Kappe (94) gegen den Anschlag (106) drückenden Stützfeder (104) überwunden wird, wenn die Öffnungsgeschwindigkeit der Ventilnadel (26) den Schwellwert erreicht.
7. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Öffnungsbewegung der Ventilnadel (26) in Strömungsrichtung des Kraftstoffs erfolgt, dadurch, gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (26) und/oder der Düsenkörper (10) ohne Überdeckungsmittel zum vorübergehenden Drosseln eines dem Ventilquerschnittes benachbarten Kraftstoff-Durchflußquerschnitts ausgeführt ist.
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