EP1724462A2 - Kraftstoffeinspritzdüse - Google Patents

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EP1724462A2
EP1724462A2 EP06110841A EP06110841A EP1724462A2 EP 1724462 A2 EP1724462 A2 EP 1724462A2 EP 06110841 A EP06110841 A EP 06110841A EP 06110841 A EP06110841 A EP 06110841A EP 1724462 A2 EP1724462 A2 EP 1724462A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
needle
valve
nozzle
valve position
fuel injection
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06110841A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1724462A3 (de
Inventor
Rudolf Heinz
Stefan Schuerg
Wolfgang Stoecklein
Holger Rapp
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 EP1724462A2 publication Critical patent/EP1724462A2/de
Publication of EP1724462A3 publication Critical patent/EP1724462A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0045—Three-way valves
    • 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
    • F02M45/12—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship providing a continuous cyclic delivery with variable pressure
    • 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
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection nozzle according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a fuel injection nozzle for internal combustion engines is, for example, by the DE 102 05 970 A1 known.
  • the fuel injector for internal combustion engines according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the opening of the second needle is triggered by the fact that the first needle reaches its stroke stop, and the time between the opening of the first needle and its arrival at the stroke stop varies can be, without this, the switching valve must be operated multiple times.
  • the opening speed of the first needle can be varied by changing between the second valve position of the switching valve and the third valve position between a slow value and a fast value. This allows the time between opening the first needle and reaching its stroke stop between a minimum time interval and be varied continuously with a maximum time interval.
  • the switching valve must be moved as quickly as possible into its third valve position after a short switch to the second valve position. If the maximum time interval is to be achieved (eg for an injection in the upper part-load range with the second needle closed), then the switching valve is operated in the second valve position during the entire activation period. If an arbitrary time interval between the two extreme values is to be achieved (eg for a full-load injection with extended boot phase), then the switching valve is initially operated in the second valve position and the first needle opens at the slow speed. After a variable time, the switching valve is then brought from the second valve position to its third valve position, in which then opens the second needle. About the switching time between the second and third valve position of the switching valve, the time of flight of the first needle can be adjusted until it reaches its stroke stop.
  • the fuel injection nozzle (injector) 1 for internal combustion engines shown in FIG. 1 has a cylindrical nozzle body 2 which projects with its free lower end into a combustion chamber of the internal combustion engine, which is not shown in more detail.
  • a guide bore 3 of the nozzle body 2 designed as a hollow needle outer nozzle needle 4 is axially displaceably guided, in which an inner nozzle needle 5 is arranged coaxially and also guided axially displaceable.
  • an annular space 6 is formed, which is bounded by the outer nozzle needle 4 radially inwardly.
  • a fuel high-pressure line 7 of the annular chamber 6 is connected to an unillustrated fuel high-pressure accumulator (common rail).
  • a first closing spring presses the outer nozzle needle 4 into a first, outer sealing seat at the combustion chamber end of the guide bore 3.
  • the outer nozzle needle 4 is surrounded at the combustion chamber end by an annular gap 8 , which goes away from the annular space 6 and extends to the outer Sealing seat extends.
  • a sealing cone 9 of the outer nozzle needle 4 in conjunction with the outer sealing seat prevents fuel from passing through the annular gap 8 from the annular space 6 through the first, outer injection holes 10 into the combustion chamber of the internal combustion engine ,
  • a second closing spring presses the inner nozzle needle 5 into a second, inner sealing seat at the combustion chamber end of the guide bore 3.
  • an annular gap 11 is provided, which is also connected via a wall opening 12 in the outer nozzle needle 4 with the annular space 6 and extends to the inner sealing seat.
  • a sealing cone 12 of the inner nozzle needle 5 in conjunction with the inner sealing seat prevents fuel from passing through the annular gap 11 from the annular space 6 through second internal injection holes 13 into the combustion chamber of the internal combustion engine ,
  • the two sealing seats are formed by a common conical surface 14 .
  • the two nozzle needles 4, 5 in a common control chamber 15 each have a control surface 16, 17 acting in the closing direction.
  • the control chamber 15 is connected via an inlet throttle 18 to the high-pressure line 7.
  • From the control room 15 go two parallel flow restrictors 19, 20 from.
  • the outlet throttles 19, 20 are connected to a drain 21 via a 3/3-way switching valve 22 formed valve assembly which blocks the connection of the two flow restrictors 19, 20 to the outlet 21 in a first or left valve position, in a second or .
  • Right valve position connects only the first outlet throttle 19 with the outlet 21 and connects in a middle third valve position both outlet throttles 19, 20 with the outlet 21.
  • the outer nozzle needle 4 opens when the control pressure p St is smaller than a first pressure value p 1 (p 1 ⁇ p CR ), and the inner nozzle needle 5 opens when the control pressure p ST smaller than a second pressure value p 2 (p 2 ⁇ p CR ; p 2 # p 1 ).
  • p 2 > p 1 and, consequently, when the pressure in the control chamber 15 is reduced, first the inner nozzle needle 5 opens.
  • the opening stroke of the two nozzle needles 4, 5 is limited in each case by a housing-side stroke stop 23 .
  • the fuel injection is started by switching the 3/3-way switching valve 22 to the right valve position, in which the control chamber 15 is connected to the drain 21 via the first outlet throttle 19.
  • the control pressure p St prevailing in the control chamber 15 drops below the second pressure value p 2
  • the inner nozzle needle 5 opens until it bears against the stroke stop 23 (FIG. 2).
  • the inlet throttle 18 and the first outlet throttle 19 are designed so that in the right valve position the control pressure p St does not fall below the first pressure value p 1 and consequently the outer nozzle needle 4 does not open.
  • the switching valve 22 is further switched to the middle valve position, the control chamber 15 is now also connected via the second outlet throttle 20 to the outlet 21.
  • the outer nozzle needle 4 also opens until it bears against the stroke stop 23 (FIG. 3).
  • the switching valve 22 must be returned to the left valve position. If this happens from the middle valve position, it is advantageous not to switch directly to the left valve position, but first to go very briefly to the right valve position and then immediately switch to the left valve position. In the right valve position, namely, the hydraulic restoring forces acting on the valve element of the switching valve 22, much higher than in the middle valve position, so that from the right valve position out a much faster and more accurate closing of the switching valve 22 can accomplish than from the middle Valve position out.
  • the system can also be designed so that the outer nozzle needle 4 opens only when the inner nozzle needle 5 is at its stroke stop 23 and the switching valve 22 is operated in its middle valve position.
  • the inlet throttle 18 and the first outlet throttle 19 are designed so that the control pressure p St in the right valve position can also fall below the first pressure value p 1 , the outer valve needle 4 also opens in the right valve position (FIG. Fig. 4 ), as soon as the inner nozzle needle 5 has reached its stroke stop 23. As long as the inner nozzle needle 5 is in its upward movement, namely, the control chamber pressure remains greater than p 2 .
  • the position of the inlet of the inlet throttle 18 in the control chamber can also be selected so that the inlet throttle 18 is covered by the inner nozzle needle 5 when it reaches its stroke stop 23.
  • the effect of the pressure reduction in the control chamber 15 upon arrival of the inner nozzle needle 5 at its stroke stop 23 is enhanced in this way.

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Abstract

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse (1) für Brennkraftmaschinen umfasst einen Düsenkörper (2) mit mindestens zwei Spritzlöchern (10, 13), eine im Düsenkörper (2) axial verschiebbare erste Düsennadel (4), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch mindestens ein erstes Spritzloch (10) steuert, und eine im Düsenkörper (2) axial verschiebbare zweite Düsennadel (5), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch mindestens ein zweites Spritzloch (13) steuert, wobei die beiden Düsennadeln (4, 5) in einem an Hochdruck angeschlossenen gemeinsamen Steuerraum (15) jeweils eine in Schließrichtung wirkende Steuerfläche (16, 17) aufweisen, wobei vom Steuerraum (15) zwei parallele Ablaufdrosseln (19, 20) abgehen und wobei zwischen den Ablaufdrosseln (19, 20) und einem Ablauf (21) ein 3/3-Wege-Ventil (22) vorgesehen ist, das in einer ersten Ventilstellung die Verbindung der beiden Ablaufdrosseln (19, 20) zum Ablauf (21) sperrt, in einer zweiten Ventilstellung eine der beiden Ablaufdrosseln (19, 20) mit dem Ablauf (21) verbindet und in einer dritten Ventilstellung beide Ablaufdrosseln (19, 20) mit dem Ablauf (21) verbindet.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzdüse nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
  • Eine solche Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen ist beispielsweise durch die DE 102 05 970 A1 bekannt geworden.
  • In zukünftigen Common-Rail-Systemen kommen zur Verbesserung der Emissionen am Motor sowie zur gleichzeitigen Leistungssteigerung so genannte Vario-Düsen, insbesondere Koaxial-Vario-Düsen (KVD), zum Einsatz. Solche Düsen weisen zwei Gruppen von Spritzlöchern auf, die unabhängig voneinander mit Druck beaufschlagt werden können. Üblicherweise weisen sie auch unterschiedliche Spritzlochdurchmesser auf. Bei KVD sind diese beiden Spritzlochgruppen auf zwei verschiedenen Lochkreisdurchmessern angeordnet und werden durch zwei koaxial ineinander geführte Düsennadeln angesteuert. Dabei muss es üblicherweise möglich sein, zunächst die erste Nadel, welche die erste Spritzlochgruppe steuert, alleine zu öffnen und zu schließen. Dabei muss eine maximal erforderliche Spritzdauer auf der ersten Spritzlochgruppe erreichbar sein, ohne dass dabei die zweite Nadel geöffnet wird, welche die zweite Spritzlochgruppe ansteuert. Weiter muss ein Öffnen der zweiten Nadel ausgelöst werden können, wobei in den meisten Anwendungsfällen die zweite Nadel nur geöffnet werden muss, wenn die erste Nadel bereits an ihrem Hubanschlag angelangt ist. Die Steuerhydraulik kann folglich so ausgeführt werden, dass ein Öffnen der zweiten Nadel nur dann erfolgen kann, wenn die erste Nadel bereits ihren Hubanschlag erreicht hat. Besonders einfach wird die Steuerhydraulik dann, wenn ohne weiteren Steuereingriff die zweite Nadel immer dann öffnet, wenn die erste Nadel ihren Hubanschlag erreicht. Bei Einspritzungen über beide Spritzlochreihen soll die zweite Nadel gegenüber der ersten Nadel um die Boot-Zeit verzögert öffnen. Dabei ist diese Boot-Zeit üblicherweise deutlich kleiner als die Zeit, welche die maximal mögliche Spritzdauer für Einspritzungen beschreibt, die ausschließlich über die erste Spritzlochreihe erfolgen. Aus Kostengründen soll die Steuerung der beiden Nadeln über ein einziges Schaltventil erfolgen, das entweder durch einen Elektromagneten oder durch einen Piezo-Aktor betätigt wird. Dabei werden derzeit wiederum zwei Konzepte verfolgt:
    • Das erste Konzept beinhaltet ein 3/2-Wege-Schaltventil, wie es auch bei Kraftstoffeinspritzdüsen mit nur einer Düsennadel zum Einsatz kommt. Da dieses Schaltventil nur in zwei Stellungen betrieben werden kann, können mit einem solchen Schaltventil auch nur ein Öffnungsvorgang und ein Schließvorgang eingeleitet werden. Es kann aber nicht unabhängig voneinander ein Öffnen der ersten Nadel bzw. der zweiten Nadel ausgelöst werden. Ein solches System ist dann so auszulegen, dass durch das Erreichen des Hubanschlags der ersten Nadel bei unveränderter Schaltposition des Schaltventils automatisch das Öffnen der zweiten Nadel ausgelöst wird. Soll der Öffnungszeitpunkt der zweiten Nadel verschoben werden, so muss die erste Nadel zwischen ihrer geöffneten Stellung und ihrem Hubanschlag durch schnelles Hin- und Herschalten des Schaltventils in der Schwebe gehalten werden, und zwar derart, dass sie zum einen ihren Hubanschlag nicht erreicht und zum anderen ihr Nadelhub nicht so klein wird, dass eine Sitzdrosselung einsetzt. Da sich Ungenauigkeiten in den einzelnen Schaltvorgängen zu einer gesamten Ungenauigkeit der Spritzdauer aufsummieren, ist bei einem derartigen Ansteuerkonzept allerdings mit einer deutlich ungenaueren Spritzdauersteuerung zu rechnen, als dies bei herkömmlichen Systemen mit einer einzigen Betätigung des Schaltventils pro Einspritzung der Fall ist.
    • Beim zweiten Konzept wird ein Schaltventil mit drei Schaltpositionen, üblicherweise ein 3/3-Wege-Ventil, eingesetzt, wobei das Öffnen der zweiten Nadel durch das Anfahren der zusätzlichen, dritten Ventilposition ausgelöst wird. Das Problem hierbei besteht darin, dass das Schaltventil sinnvollerweise nur zwei Hubanschläge für sein Ventilelement aufweist und dass folglich die dritte Ventilposition eine frei anzusteuernde Zwischenposition zwischen den beiden Anschlägen ist. Dabei besteht zum einen die Schwierigkeit, diese Zwischenposition mit ausreichender Genauigkeit einzustellen, und zum anderen wirken in der Zwischenposition nur sehr geringe hydraulische Kräfte in Richtung Ruheposition auf das Ventilelement. Da der Ventilaktor normalerweise nur Kräfte in einer Richtung auf das Ventilelement ausüben kann, nämlich in Richtung aus der Ruheposition heraus, sind aber zum Anfahren der Ruheposition ausreichend große hydraulische Kräfte auf das Ventilelement erforderlich. Ein Übergang von der Zwischenposition in die Ruheposition kann daher nur mit geringer dynamischer Genauigkeit erfolgen.
    Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass das Öffnen der zweiten Nadel dadurch ausgelöst wird, dass die erste Nadel ihren Hubanschlag erreicht, und die Zeit zwischen dem Öffnen der ersten Nadel und ihrem Ankommen am Hubanschlag variiert werden kann, ohne dass hierzu das Schaltventil mehrfach betätigt werden muss. Die Offnungsgeschwindigkeit der ersten Nadel kann durch Wechsel zwischen der zweiten Ventilstellung des Schaltventils und der dritten Ventilstellung zwischen einem langsamen Wert und einem schnellen Wert variiert werden. Dadurch kann die Zeitdauer zwischen dem Öffnen der ersten Nadel und dem Erreichen ihres Hubanschlags zwischen einem minimalen Zeitintervall und einem maximalen Zeitintervall stufenlos variiert werden. Soll das minimale Zeitintervall erreicht werden (z.B. für eine Volllasteinspritzung mit kurzer Bootphase), so muss das Schaltventil nach einem kurzen Schalten in die zweite Ventilstellung schnellstmöglich in seine dritte Ventilstellung verbracht werden. Soll das maximale Zeitintervall erreicht werden (z.B. für eine Einspritzung im oberen Teillastbereich bei geschlossener zweiter Nadel), so wird das Schaltventil während der kompletten Ansteuerdauer in der zweiten Ventilstellung betrieben. Soll ein beliebiges Zeitintervall zwischen den beiden Extremwerten erreicht werden (z.B. für eine Volllasteinspritzung mit verlängerter Bootphase), so wird das Schaltventil zunächst in der zweiten Ventilstellung betrieben, und die erste Nadel öffnet mit der langsamen Geschwindigkeit. Nach einer variablen Zeit wird das Schaltventil dann aus der zweiten Ventilstellung in seine dritte Ventilstellung gebracht, in der dann auch die zweite Nadel öffnet. Über den Umschaltzeitpunkt zwischen zweiter und dritter Ventilstellung des Schaltventils kann die Flugzeit der ersten Nadel bis zum Erreichen ihres Hubanschlags eingestellt werden.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse mit dem Schaltventil in seiner ersten Ventilstellung, in der die beiden Düsennadeln im geschlossenen Zustand sind;
    Fig. 2
    die in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzdüse mit dem Schaltventil in seiner zweiten Ventilstellung, in der die innere Düsennadel im geöffneten Zustand und die äußere Düsennadel im geschlossenen Zustand ist;
    Fig. 3
    die in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzdüse mit dem Schaltventil in seiner dritten Ventilstellung, in der die beiden Düsennadeln im geöffneten Zustand sind; und
    Fig. 4
    die in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzdüse mit dem Schaltventil in seiner zweiten Ventilstellung, wobei die beiden Düsennadeln im geöffneten Zustand sind.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Die in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzdüse (Injektor) 1 für Brennkraftmaschinen weist einen zylindrischen Düsenkörper 2 auf, der mit seinem freien unteren Ende in einen nicht näher gezeigten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. In einer Führungsbohrung 3 des Düsenkörpers 2 ist eine als Hohlnadel ausgebildete äußere Düsennadel 4 axial verschiebbar geführt, in der eine innere Düsennadel 5 koaxial angeordnet und ebenfalls axial verschiebbar geführt ist. Im Düsenkörper 2 ist ein Ringraum 6 ausgebildet, der durch die äußere Düsennadel 4 radial nach innen begrenzt ist. Über eine Kraftstoff-Hochdruckleitung 7 ist der Ringraum 6 mit einem nicht gezeigten Kraftstoff-Hochdruckspeicher (Common Rail) verbunden.
  • Eine erste Schließfeder (nicht gezeigt) presst die äußere Düsennadel 4 in einen ersten, äußeren Dichtsitz am brennraumseitigen Ende der Führungsbohrung 3. Die äußere Düsennadel 4 ist am brennraumseitigen Ende von einem Ringspalt 8 umgeben, der vom Ringraum 6 abgeht und sich bis an den äußeren Dichtsitz erstreckt. In dem in Fig. 1 gezeigten geschlossenen Zustand der äußeren Düsennadel 4 verhindert ein Dichtkonus 9 der äußeren Düsennadel 4 in Verbindung mit dem äußeren Dichtsitz, dass Kraftstoff über den Ringspalt 8 aus dem Ringraum 6 durch erste, äußere Spritzlöcher 10 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt.
  • In gleicher Weise presst eine zweite Schließfeder (nicht gezeigt) die innere Düsennadel 5 in einen zweiten, inneren Dichtsitz am brennraumseitigen Ende der Führungsbohrung 3. Zwischen beiden Düsennadeln 4, 5 ist am brennraumseitigen Ende ein Ringspalt 11 vorgesehen, der über eine Wandöffnung 12 in der äußeren Düsennadel 4 ebenfalls mit dem Ringraum 6 verbunden ist und sich bis an den inneren Dichtsitz erstreckt. In dem in Fig. 1 gezeigten geschlossenen Zustand der inneren Düsennadel 5 verhindert ein Dichtkonus 12 der inneren Düsennadel 5 in Verbindung mit dem inneren Dichtsitz, dass Kraftstoff über den Ringspalt 11 aus dem Ringraum 6 durch zweite, innere Spritzlöcher 13 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Dichtsitze durch eine gemeinsame Konusfläche 14 gebildet.
  • Am brennraumabgewandten Ende weisen die beiden Düsennadeln 4, 5 in einem gemeinsamen Steuerraum 15 jeweils eine in Schließrichtung wirkende Steuerfläche 16, 17 auf. Der Steuerraum 15 ist über eine Zulaufdrossel 18 an die Hochdruckleitung 7 angeschlossen. Vom Steuerraum 15 gehen zwei parallele Ablaufdrosseln 19, 20 ab. Die Ablaufdrosseln 19, 20 sind mit einem Ablauf 21 über eine als 3/3-Wege-Schaltventil 22 ausgebildete Ventilanordnung verbunden, die in einer ersten bzw. linken Ventilstellung die Verbindung der beiden Ablaufdrosseln 19, 20 zum Ablauf 21 sperrt, in einer zweiten bzw. rechten Ventilstellung nur die erste Ablaufdrossel 19 mit dem Ablauf 21 verbindet und in einer mittleren dritten Ventilstellung beide Ablaufdrosseln 19, 20 mit dem Ablauf 21 verbindet.
  • Auf die äußere Düsennadel 4 wirken in Schließrichtung sowohl die erste Schließfeder als auch über die Steuerfläche 16 der im Steuerraum 15 herrschende Steuerdruck p st sowie in Öffnungsrichtung der am Dichtkonus 9 angreifende Raildruck p CR. In gleicher Weise wirken auf die innere Düsennadel 5 in Schließrichtung sowohl die zweite Schließfeder als auch über die Steuerfläche 17 der im Steuerraum 15 herrschende Steuerdruck pSt sowie in Öffnungsrichtung der am Dichtkonus 12 angreifende Raildruck pCR. Die äußere Düsennadel 4 öffnet, wenn der Steuerdruck pSt kleiner als ein erster Druckwert p 1 (p1 < pCR) ist, und die innere Düsennadel 5 öffnet, wenn der Steuerdruck pST kleiner als ein zweiter Druckwert p 2 (p2 < pCR; p2 # p1) ist. Im Folgenden wird angenommen, dass p2 > p1 gilt und folglich bei einem Druckabbau im Steuerraum 15 zuerst die innere Düsennadel 5 öffnet. Der Öffnungshub der beiden Düsennadeln 4, 5 ist jeweils durch einen gehäuseseitigen Hubanschlag 23 begrenzt.
  • Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse 1 beschrieben.
  • Die Kraftstoffeinspritzung wird durch Schalten des 3/3-Wege-Schaltventils 22 in die rechte Ventilstellung begonnen, in der der Steuerraum 15 über die erste Ablaufdrossel 19 mit dem Ablauf 21 verbunden ist. Sobald der im Steuerraum 15 herrschende Steuerdruck pSt unter den zweiten Druckwert p2 absinkt, öffnet die innere Düsennadel 5, bis sie am Hubanschlag 23 anliegt (Fig. 2). Im Folgenden wird angenommen, dass die Zulaufdrossel 18 und die erste Ablaufdrossel 19 so ausgelegt sind, dass in der rechten Ventilstellung der Steuerdruck pSt den ersten Druckwert p1 nicht unterschreitet und folglich die äußere Düsennadel 4 nicht öffnet. Wenn nun das Schaltventil 22 weiter in die mittlere Ventilstellung geschaltet wird, ist der Steuerraum 15 nun zusätzlich auch über die zweite Ablaufdrossel 20 mit dem Ablauf 21 verbunden. Sobald der im Steuerraum 15 herrschende Druck pSt unter den ersten Druckwert p1 absinkt, öffnet auch die äußere Düsennadel 4, bis sie am Hubanschlag 23 anliegt (Fig. 3).
  • Sollen die Düsennadeln 4, 5 wieder geschlossen werden, so muss das Schaltventil 22 wieder in die linke Ventilstellung gebracht werden. Geschieht dies aus der mittleren Ventilstellung heraus, so ist es von Vorteil, nicht direkt in die linke Ventilstellung zu schalten, sondern zunächst sehr kurz auf die rechte Ventilstellung zu gehen und dann sofort auf die linke Ventilstellung zu schalten. In der rechten Ventilstellung sind nämlich die hydraulischen Rückstellkräfte, die auf das Ventilelement des Schaltventils 22 wirken, wesentlich höher als in der mittleren Ventilstellung, so dass sich aus der rechten Ventilstellung heraus ein wesentlich schnelleres und exakteres Schließen des Schaltventils 22 bewerkstelligen lässt als aus der mittleren Ventilstellung heraus.
  • Für die Kraftstoffeinspritzdüse 1 ergeben sich die folgenden möglichen Betriebsweisen:
    • Teillastbetrieb nur mit den inneren Spritzlöchern 13:
      Hierzu wird zum Öffnen der inneren Düsennadel 5 ausschließlich die rechte Ventilstellung des Schaltventils 22 genutzt, wodurch die Spritzdauer, die für Einspritzungen nur über die inneren Spritzlöcher 13 erreicht werden kann, beliebig groß ist.
    • Volllastbetrieb mit kürzestmöglicher Boot-Phase:
      Hierzu wird unmittelbar nach dem Öffnen der inneren Düsennadel 5 das Schaltventil 22 aus der rechten in die mittlere Ventilstellung zurückgefahren.
      Dadurch öffnet die innere Düsennadel 5 mit ihrer größtmöglichen Geschwindigkeit, und die Verzögerungszeit zwischen dem Öffnen der inneren Düsennadel 6 und der äußeren Düsennadel 4 wird minimal.
    • Volllastbetrieb mit verlängerter Boot-Phase:
      Hierzu wird vorgegangen wie im zuvor beschriebenen Fall, jedoch erfolgt das Umschalten aus der rechten in die mittlere Ventilstellung nicht unmittelbar nach dem Öffnen der inneren Düsennadel 5, sondern verzögert. Die Dauer dieser Verzögerung bestimmt die Dauer der Boot-Phase.
  • Das System kann auch so ausgelegt werden, dass die äußere Düsennadel 4 nur dann öffnet, wenn die innere Düsennadel 5 sich an ihrem Hubanschlag 23 befindet und das Schaltventil 22 in seiner mittleren Ventilstellung betrieben wird.
  • Sind jedoch - anders als im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel - die Zulaufdrossel 18 und die erste Ablaufdrossel 19 so ausgelegt, dass der Steuerdruck pSt in der rechten Ventilstellung auch den ersten Druckwert p1 unterschreiten kann, öffnet in der rechten Ventilstellung auch die äußere Düsennadel 4 (Fig. 4), sobald die innere Düsennadel 5 ihren Hubanschlag 23 erreicht hat. So lange sich die innere Düsennadel 5 in ihrer Aufwärtsbewegung befindet, bleibt der Steuerraumdruck nämlich größer als p2.
  • In Abweichung zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Position des Zulaufs der Zulaufdrossel 18 in den Steuerraum auch so gewählt sein, dass die Zulaufdrossel 18 von der inneren Düsennadel 5 abgedeckt wird, wenn diese ihren Hubanschlag 23 erreicht. Der Effekt des Druckabbaus im Steuerraum 15 bei Ankunft der inneren Düsennadel 5 an ihrem Hubanschlag 23 wird auf diese Weise noch verstärkt.
  • Weiterhin sind sowohl eine Umkehrung der Zuordnung der beiden Düsennadeln 4, 5 sowie eine andere als die Koaxial-Anordnung der Vario-Düse möglich.

Claims (8)

  1. Kraftstoffeinspritzdüse (1) für Brennkraftmaschinen, umfassend einen Düsenkörper (2) mit mindestens zwei Spritzlöchern (10, 13), eine im Düsenkörper (2) axial verschiebbare erste Düsennadel (4), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch mindestens ein erstes Spritzloch (10) steuert, und eine im Düsenkörper (2) axial verschiebbare zweite Düsennadel (5), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch mindestens ein zweites Spritzloch (13) steuert,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die beiden Düsennadeln (4, 5) in einem an Hochdruck angeschlossenen gemeinsamen Steuerraum (15) jeweils eine in Schließrichtung wirkende Steuerfläche (16, 17) aufweisen, dass vom Steuerraum (15) zwei parallele Ablaufdrosseln (19, 20) abgehen und dass zwischen den Ablaufdrosseln (19, 20) und einem Ablauf (21) eine Ventilanordnung (22) vorgesehen ist, die in einer ersten Ventilstellung die Verbindung der beiden Ablaufdrosseln (19, 20) zum Ablauf (21) sperrt, in einer zweiten Ventilstellung eine der beiden Ablaufdrosseln (19, 20) mit dem Ablauf (21) verbindet und in einer dritten Ventilstellung beide Ablaufdrosseln (19, 20) mit dem Ablauf (21) verbindet.
  2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (22) durch ein 3/3-Wege-Ventil gebildet ist.
  3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (22) ein bewegliches Ventilelement aufweist, das die einzelnen Ventilstellungen steuert und sich in der ersten und zweiten Ventilstellung jeweils in einer Endposition und in der dritten Ventilstellung in einer dazwischen liegenden Zwischenposition befindet.
  4. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düsennadel (4) als Hohlnadel ausgebildet ist, in der die zweite Düsennadel (5) koaxial geführt ist.
  5. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (14) über eine Zulaufdrossel (17) an Hochdruck angeschlossen ist.
  6. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Ventilstellung nur eine der beiden Düsennadeln (4, 5) aufsteuerbar ist und in der dritten Ventilstellung zusätzlich auch die andere Düsennadel (4, 5) aufsteuerbar ist.
  7. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erst, wenn die eine Düsennadel (5) an ihrem Hubanschlag (23) anliegt, die andere Düsennadel (4) aufsteuerbar ist.
  8. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in den Steuerraum (15) führender Zulauf von der zuerst aufgesteuerten Düsennadel (5) verschlossen ist, wenn sie an ihrem Hubanschlag (23) anliegt.
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