EP1931874A1 - Vorrichtung zum einspritzen von kraftstoff in den brennraum einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zum einspritzen von kraftstoff in den brennraum einer brennkraftmaschine

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EP1931874A1
EP1931874A1 EP06774749A EP06774749A EP1931874A1 EP 1931874 A1 EP1931874 A1 EP 1931874A1 EP 06774749 A EP06774749 A EP 06774749A EP 06774749 A EP06774749 A EP 06774749A EP 1931874 A1 EP1931874 A1 EP 1931874A1
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EP
European Patent Office
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actuator
nozzle needle
nozzle
fuel
control chamber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06774749A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Bernhaupt
Heinrich Werger
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine having an injector nozzle and a longitudinally displaceable in the injector nozzle nozzle for selectively enabling and blocking the fuel flow to injection ports, wherein the nozzle needle is at least partially surrounded by a nozzle vestibule.
  • Such devices are frequently used for common rail systems for injecting diesel fuels into the combustion chamber of diesel engines and are usually designed such that the opening and closing of the injection cross sections takes place through a nozzle needle, which can be displaced longitudinally with a shaft a nozzle body is guided.
  • the control of the movement of the nozzle needle is carried out via a solenoid valve.
  • the nozzle needle is acted upon on both sides by the fuel pressure and by a pressure spring acting in the closing direction.
  • a control chamber is provided, in which pressurized fuel, the nozzle needle in the closing direction and thus presses the nozzle needle on the needle seat and the valve seat.
  • the control valve which may be designed, for example, as a solenoid valve, releases a leading away from the control chamber derivative, so that the fuel pressure in the control chamber decreases, after which the nozzle needle is lifted against the force of the spring from pending on the other side fuel pressure from its seat and in this way the passage of fuel to the injection ports releases.
  • the opening speed of the nozzle needle is determined by the difference between the flow in the supply line to the control chamber and the flow in the discharge from the control chamber, whereby probably in the supply and in the derivative, a throttle is turned on, which determines the flow respectively.
  • a high-pressure pump generates a constant pressure in the fuel accumulator (rail), the rail pressure being approximately constant during the injection process, so that the injected fuel quantity is proportional to the on-time of the valve in the injector and independent of the engine or engine The pump speed can be selected.
  • the desired injection curve can be carried out by multiple energization of the magnet such that possibly a small pilot injection quantity, then the main injection quantity and optionally also a post-injection quantity, can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • Al is to take an injector with a valve needle, wherein a flow cross section is variable as a function of the stroke of the nozzle needle.
  • Coinmon rail injection systems are used inter alia for the injection of fuel with high viscosity, high proportion of abrasive solids and high temperature - so-called heavy oil - in the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • Heavy oil is used as an energy source, especially in engines with high cylinder power, but the injectors used there must be designed for high injection quantities.
  • the present invention therefore aims to improve the aforementioned injection device in such a way and in particular to make it suitable for the use of heavy fuel oil and for use in large internal combustion engines, with a targeted influencing of the course of injection should be made possible.
  • the device of the type mentioned is essentially characterized in that in the nozzle anteroom a feed cross section for the fuel flow is arranged to the injection openings determining actuator.
  • the influencing of the fuel flow and thus of the course of injection is achieved not only by a multiple energization of the magnet of the control valve, but also by a separate actuator directly in the nozzle vestibule.
  • the actuator according to the invention determines the inlet cross-section for the fuel flow to the injection openings, whereby the fuel flow can be controlled according to the desired course by suitable adjustment of the actuator.
  • the inventive construction is further developed such that the actuator is guided longitudinally displaceable in the nozzle antechamber, and that the inlet cross section is variable in dependence on the stroke of the actuator.
  • the actuator is in this case arranged in the manner of a valve in Düsenyorraum, wherein in a simple manner by actuation of the actuator in the longitudinal direction of the inlet cross sections can be controlled accordingly.
  • Particularly advantageous in this case is an embodiment in which the actuator releases a constant inlet cross-section in its starting position, so that a minimum flow is already ensured without actuation of the actuator, which can be used, for example, for the pre-injection.
  • the training is preferably made for this purpose such that the actuator has at least one bore with an effective in the initial position of the actuator inlet cross-section.
  • the control of the inlet cross-section is preferably carried out such that the inlet cross-section is changed depending on the stroke of the nozzle needle.
  • the training is preferably made such that means for adjusting the actuator are provided in response to the stroke of the nozzle needle.
  • the coupling of the Düsennadelhubs with the stroke of the actuator can in this case for example be such that the nozzle needle has a stop which cooperates with a counter-stop of the actuator.
  • the stop of the nozzle needle and the counter-stop of the actuator can be arranged in this case in the closed position of the nozzle needle at a distance from each other, so that the nozzle needle first takes the actuator in the opening direction by passing an empty path.
  • the actuator when passing through a first partial stroke of the nozzle needle remains in the closed position and the nozzle needle cooperates only when passing through a further partial stroke with the actuator for changing the inlet cross-section.
  • the actuator when passing through the first partial stroke thus only the independent of the stroke of the actuator minimum inlet cross-section of the actuator is released, whereby a first injection phase is created in which a small amount of fuel is injected at low pressure. Only in a second phase of the released by the actuator inlet cross section is increased and thus it can be injected with a higher pressure in the combustion chamber, a major amount of the fuel.
  • a hydraulic actuation can also be carried out.
  • the design is advantageously developed such that a control chamber controlling the opening and closing movement of the nozzle needle, a further control chamber communicating with the control chamber and an area of the actuator which can be acted upon by the fuel pressure prevailing in the further control chamber is provided.
  • the control chamber can communicate with the further control chamber via a bore of the nozzle needle, as will be explained in more detail below in the description of the figures.
  • the additional control chamber can in this case as an annular space between an annular shoulder the nozzle needle and a ring of the ' actuator is formed.
  • the actuator can be arranged in the manner of a valve closing member in the nozzle vestibule, and it is here preferably provided that the actuator carries a conical seat and can be pressed against a seat surface of the injector nozzle by means of an energy store.
  • the energy accumulator can be designed here as a helical compression spring, which is supported on a shoulder of the nozzle needle and on an annular surface of the actuator.
  • the actuator is preferably formed by a sleeve surrounding the nozzle needle, whereby a particularly space-saving arrangement is ensured.
  • FIG. 1 and 2 show the basic structure of an injector for a common-rail injection system of large diesel engines
  • Fig. 3 shows a first embodiment of the injector according to the invention with a sleeve formed as an actuator
  • Fig. 4 shows a modified embodiment of the actuator according to the invention.
  • FIG. 1 and 2 show an injector 1 comprising an injector body 2, a valve body 3, an intermediate plate 4 and an injector nozzle 5, which are held together by a nozzle retaining nut 6.
  • the injector nozzle 5 comprises a nozzle needle 7, which is longitudinally displaceably guided in the nozzle body of the injector nozzle 5 and has a plurality of free surfaces through which fuel can flow from the nozzle front chamber 8 to the needle tip.
  • the fuel is injected via a plurality of injection openings 9 into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a compression spring 10 is supported, which presses with its upper end a control sleeve 11 against the underside of the intermediate plate 4.
  • the control sleeve 11, the upper end face of the Düsenna- del 7 and the underside of the intermediate plate 4 define a control chamber 12.
  • the pressure prevailing in the control chamber 12 pressure is decisive for the control of the movement of the nozzle needle.
  • the fuel pressure on the one hand in the Düsen ⁇ vorraum 8 is effective where it exerts a force in the opening direction of the nozzle needle 7 via the pressure shoulder of the nozzle needle 7.
  • it acts via the inlet channel 14 and the inlet throttle 15 in the control chamber 12 and, supported by the force of the compression spring 10, holds the nozzle needle 7 in its closed position.
  • the magnet armature 17 together with the valve needle 18 connected to it is raised and the valve seat 19 is opened.
  • the fuel from the control chamber 12 flows through the outlet throttle 20 and the open valve seat 19 in the unpressurized drain passage 21, which leads to the lowering of the hydraulic force on the upper end face of the nozzle needle 7 to open the nozzle needle 7.
  • the fuel now passes through the injection openings 9 into the combustion chamber of the engine.
  • high-pressure fuel simultaneously flows through the inlet throttle 15 into the control chamber 12 and, via the outlet throttle 20, discharges a slightly greater amount.
  • the so-called control amount is depressurized discharged into the drain passage 21, so taken in addition to the injection amount from the rail.
  • the opening speed of the nozzle needle 7 is determined by the flow difference between inlet and outlet throttle 15, 20.
  • the armature 17 Upon completion of the actuation of the electromagnet 16, the armature 17 is pressed by the force of the compression spring 22 down and the valve needle 18 closes via the valve seat 19, the drainage path of the fuel through the outlet throttle 20.
  • the inlet throttle 15 is in the control chamber 12 again the Fuel pressure built up and generates a closing force which exceeds the hydraulic force on the pressure shoulder of the nozzle needle 7, reduced by the force of the compression spring 10.
  • the nozzle needle 7 closes the way to the injection openings 9 and terminates the injection process.
  • the Injektoraus unit shown in Figs. 1 and 2 allows a course of injection being affected by multiple energizing the magnet such that optionally one overall rings pilot injection ", then the main injection amount, and possibly also a post-injection may be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a first injector which allows a shaping of the injection curve by first a pre-injection amount at low flow rate and then the main injection amount is injected at high delivery rate into the combustion chamber of the engine and therefore for the operation of large injection quantities and especially suitable for heavy oil in common rail systems.
  • a displaceably guided on the nozzle needle 7 actuator 23 is pressed by means of a supported on a shoulder of the nozzle needle 7 compression spring 24 against the seat cone in the lower region of the injector nozzle 5.
  • the actuator is in this case formed as a sleeve 23.
  • a stop formed as a driver ring 26 comes into contact with a counterstop designed as a shoulder on the sleeve 23 and subsequently raises the sleeve from the seat cone in the lower region of the injector nozzle 5.
  • the fuel in the nozzle antechamber 8 is now released a large and unthrottled inlet cross-section to the injection openings 9, so that the main injection can take place with a high delivery rate.
  • the sleeve 23 is displaced together with the nozzle needle 7 in the seat cone direction. It now comes first to placing the sleeve 23 on the seat in the un- .teren area of the injector 5 and after covering the Vorhubs 27 for closing the fuel path to the injection openings 9 by placing the nozzle needle 7 on their seat.
  • the duration of a throttled injection during the closing process is due to the high speed of the nozzle needle 7 towards the end of the closing movement only very short.
  • Fig. 4 shows a second injector, in which the lifting of the sleeve is not controlled mechanically as in Fig. 3, but hydraulically.
  • a sleeve 23 is slidably guided over two guide diameters 28, 29 on the nozzle needle 7. Between the paragraphs on the nozzle needle 7 and sleeve 23 in this case a sleeve control chamber 30 is formed.
  • the sleeve control chamber 30 is connected via the central bore 31 and the transverse bore 32 with the control chamber 12 above the nozzle needle 7 in connection.
  • the sleeve 23 is pressed by the fuel pressure in the sleeve control chamber 30 to the seat cone in the lower region of the injector nozzle 5.
  • valve seat 19 is opened by the armature 17 of the 2/2-way valve. This reduces the pressure in the control chamber 12 and the nozzle needle 7 lifts off from your seat.
  • the fuel flows from the nozzle front chamber 8 through one or more throttles 25 in the sleeve 23 with pressure reduced by this throttling to the injection openings 9 in the tip region of the injector nozzle.
  • the fuel pressure is rebuilt in the control chamber 12 and reaches after lifting the nozzle needle 7 from its stop on the underside of the intermediate plate 4 via the central bore 31 and the transverse bores 32.auch the sleeve control chamber 30.
  • the sleeve 23 is thereby in the direction of nozzle tip shifted and reaches its closed position on the seat cone as well as shortly thereafter the nozzle needle 7.
  • the injection process is completed.
  • Injector embodiments is that the fuel paths for the main injection over large cross-sectional areas outside of the sleeves are passed. Therefore, these embodiments are also particularly suitable for large injection quantities, as required in the injectors for large internal combustion engines.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer Injektordüse (5) und einer in der Injektordüse (5) längsverschieblich geführten Düsennadel (7) zum wahlweisen Freigeben und Sperren des Kraftstoffflusses zu Einspritzöffnungen (9) ist die Düsennadel (7) zumindest teilweise von einem Düsenvorraum (8) umgeben, wobei im Düsenvorraum (8) ein einen Zulaufquerschnitt für den Kraftstofffluss zu den Einspritzöffnungen (9) bestimmendes Stellglied (23) angeordnet ist.

Description

Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer Injektordüse und einer in der Injektordüse längsverschieblich geführten Düsennadel zum wahlweisen Freigeben und Sperren des Kraftstoffflusses zu Einspritzöffnungen, wobei die Düsennadel zumindest teilweise von einem Düsenvorraum umgeben ist.
Derartige auch als Injektoren bezeichnete Vorrichtungen werden häufig für Common-Rail-Systeme zum Einspritzen von Dieselkraftstoffen in den Brennraum von Dieselmotoren verwendet und sind üblicherweise so ausgebildet, dass das Öffnen und Schlie- Ben der Einspritzquerschnitte durch eine Düsennadel erfolgt, die mit einem Schaft längsverschieblich in einem Düsenkörper geführt ist. Die Steuerung der Bewegung der Düsennadel wird über ein Magnetventil vorgenommen. Die Düsennadel wird beidseitig mit dem Kraftstoffdruck und durch eine in Schließrich- tung wirkende Druckfeder beaufschlagt. An der Düsennadelrück- seite d.h. der dem Düsennadelsitz abgewandten Seite der Düsennadel ist ein Steuerraum vorgesehen, in welchem Kraftstoff unter Druck die Düsennadel in Schließrichtung beaufschlagt und damit die Düsennadel auf den Nadelsitz bzw. den Ventilsitz drückt .
Das Steuerventil, welches beispielsweise als Magnetventil ausgebildet sein kann, gibt eine vom Steuerraum wegführende Ableitung frei, sodass der Kraftstoffdruck im Steuerraum sinkt, worauf die Düsennadel entgegen der Kraft der Feder vom auf der anderen Seite anstehenden Kraftstoffdruck von ihrem Sitz abgehoben wird und auf diese Weise den Durchtritt von Kraftstoff zu den Einspritzöffnungen freigibt. Die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel wird durch den Unterschied zwischen dem Durchfluss in der Zuleitung zu dem Steuerraum und dem Durch- fluss in der Ableitung aus dem Steuerraum bestimmt, wobei so- wohl in der Zu- als auch in der Ableitung eine Drossel eingeschaltet ist, welche den Durchfluss jeweils bestimmt.
Zur Optimierung des Verbrennungsvorganges ist es erforderlich den Einspritzverlauf, d.h. den Verlauf der in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge über der Zeit auf die Bedürfnisse des Motors möglichst genau abzustimmen. Dies gelingt insbesondere durch eine gestufte Einspritzung, indem in einer ersten Einspritzphase eine kleine Kraftstoffmenge mit geringe- rem Druck eingespritzt wird und in einer zweiten Phase die Hauptmenge mit höherem Druck in einen Brennraum gelangt. Damit können Verbrennungsgeräusche, Kraftstoffverbrauch und Emissionen verringert werden. Bei Common-Rail-EinspritzSystemen erzeugt eine Hochdruckpumpe einen konstanten Druck im Kraft- stoffSpeicher (Rail), wobei der Rail-Druck während des Einspritzvorganges näherungsweise konstant ist, sodass die eingespritzte Kraftstoffmenge proportional zur Einschaltzeit des Ventils im Injektor und unabhängig von der Motor- bzw. der Pumpendrehzahl gewählt werden kann. Dadurch ist es möglich Einspritzbeginn und Einspritzdauer für verschiedene Betriebspunkte des Motors unterschiedlich festzulegen und somit optimal an die Erfordernisse des Motors anzupassen. Der gewünschte Einspritzverlauf kann hierbei durch Mehrfachbestromung des Magneten derart erfolgen, dass ggf. eine geringe Voreinspritz- menge, hierauf die Haupteinspritzmenge und ggf. auch eine Nacheinspritzmenge in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.
Zur intermittierenden Zufuhr von Kraftstoff-Flüssigkeitsge- mischen in Brennräume einer Brennkraftmaschine mit einem Com- mon-Rail-Druckspeicher wurde in der DE 4425339 Al bereits ein
Injektor beschrieben, wobei neben einem die Längsbewegungen des Ventilglieds steuernden, zwischen dem Ventilglied und dem
Gehäuse des Einspritzventils ausgebildeten Steuerraum ein wei- terer Steuerraum vorgesehen ist, der zwischen dem Ventilglied und einem gesonderten Kolben ausgebildet ist. Der EP 1321662
Al ist ein Injektor mit einer Ventilnadel zu entnehmen, wobei ein Durchflussquerschnitt in Abhängigkeit vom Hub der Düsennadel veränderbar ist.
Coinmon-Rail-Einspritzsysteme werden unter anderem auch für die Einspritzung von Kraftstoff mit hoher Viskosität, hohem Anteil von abrasiv wirkenden Feststoffen und hoher Temperatur — sogenanntem Schweröl — in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Schweröl wird besonders bei Motoren mit hoher Zylinderleistung als Energieträger verwendet, wobei die dort verwendeten Injektoren jedoch für hohe Einspritzmengen ausgelegt sein müssen.
Bei hohen Einspritzmengen, wie sie beim Einsatz von Schweröl notwendig sind, ist es zwar prinzipiell möglich den Einspritz- verlauf, wie oben beschrieben, derart zu beeinflussen, dass der Magnet des Magnetventils während eines Einspritzvorganges mehrfach bestromt und betätigt wird, jedoch ist eine derartige Betriebsweise mit Rücksicht auf die hohen Einspritzmengen mit einem hohen Aufwand verbunden und der Injektor ist durch die im Schweröl vorhandenen Verunreinigungen einem hohen Verschleiß unterworfen. Zudem führt die durch die Mehrfachbestro- mung des Magneten verursachte Unterbrechung des Einspritzflus- ses dazu, dass innerhalb des für den Einspritzvorgang vorgesehenen Zeitfensters nicht die für den Betrieb von großen Brenn- kraftmaschinen erforderlichen hohen Einspritzmengen erreicht werden können.
Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, die eingangs genannte Einspritzvorrichtung derart zu verbessern und insbe- sondere für den Einsatz von Schweröl und für den Einsatz in großen Brennkraftmaschinen geeignet zu machen, wobei eine gezielte Beeinflussung des Einspritzverlaufes ermöglicht werden soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung der eingangs genannten Art im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass im Düsenvorraum ein einen Zulaufquerschnitt für den Kraftstoff- fluss zu den Einspritzöffnungen bestimmendes Stellglied angeordnet ist. Zum Unterschied zu den Ausbildungen gemäß dem Stand der Technik wird die Beeinflussung des Kraftstoffflusses und damit des Einspritzverlaufes nicht nur über eine Mehrfach- bestromung des Magneten des Steuerventils erreicht, sondern auch durch ein gesondertes Stellglied unmittelbar im Düsenvorraum. Das erfindungsgemäße Stellglied bestimmt hierbei den Zulaufquerschnitt für den Kraftstofffluss zu den Einspritzöffnungen, wobei durch geeignete Verstellung des Stellglieds der Kraftstofffluss entsprechend dem gewünschten Verlauf gesteuert werden kann.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Ausbildung derart weitergebildet, dass das Stellglied im Düsenvorraum längsverschieblich geführt ist, und dass der Zulaufquerschnitt in Abhängigkeit vom Hub des Stellglieds veränderbar ist. Das Stellglied ist hierbei nach Art eines Ventils im Düsenyorraum angeordnet, wobei in einfacher Weise durch Betätigung des Stellglieds in Längsrichtung der Zulaufquerschnitte entsprechend gesteuert werden kann. Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Ausbildung, bei welcher das Stellglied in seiner Ausgangsstellung einen konstanten Zulaufquerschnitt freigibt, sodass bereits ohne Betätigung des Stellglieds ein Mindestfluss gewährleistet wird, welcher beispielsweise für die Voreinspritzung genutzt werden kann. Die Ausbildung ist zu diesem Zweck bevorzugt derart getroffen, dass das Stellglied wenigstens eine Bohrung mit einem in der Ausgangsstellung des Stellglieds wirksamen Zulaufquerschnitt aufweist.
Ausgehend von dem Mindestzulaufquerschnitt, welcher von der Stellung des Stellglieds unabhängig ist, erfolgt bevorzugt die Regelung des Zulaufquerschnitts derart, dass der Zulaufquerschnitt in Abhängigkeit vom Hub der Düsennadel verändert wird. Zu diesem Zweck ist die Ausbildung bevorzugt derart getroffen, dass Mittel zum Verstellen des Stellglieds in Abhängigkeit vom Hub der Düsennadel vorgesehen sind. Die Kopplung des Düsennadelhubs mit dem Hub des Stellglieds kann hierbei beispielsweise derart erfolgen, dass die Düsennadel einen Anschlag aufweist, welcher mit einem Gegenanschlag des Stellglieds zusammenwirkt. Der Anschlag der Düsennadel und der Gegenanschlag des Stellglieds können hierbei in der Schließstellung der Düsennadel in Abstand voneinander angeordnet sein, sodass die Düsennadel erst noch durch Durchlaufen eines Leerwegs das Stellglied in Öffnungsrichtung mitnimmt. Dies hat zur Folge, dass das Stellglied, bei Durchlaufen eines ersten Teilhubs der Düsennadel in der Schließstellung verbleibt und die Düsennadel erst bei Durchlaufen eines weiteren Teilhubs mit dem Stellglied zur Veränderung des Zulaufquerschnittes zusammenwirkt. Bei Durchlaufen des ersten Teilhubs ist somit lediglich der vom Hub des Stellglieds unabhängige Mindestzulaufquerschnitt des Stellglieds freigegeben, wodurch eine erste Einspritzphase geschaffen wird, in welcher eine kleine Kraftstoffmenge mit geringem Druck eingespritzt wird. Erst in einer zweiten Phase wird der vom Stellglied freigegebene Zulaufquerschnitt vergrößert und es kann somit eine Hauptmenge des Kraftstoffes mit höherem Druck in den Brennraum eingespritzt werden.
Statt einer mechanischen Betätigung des Stellglieds durch Zusammenwirken eines Anschlags der Düsennadel mit einem Gegenan- schlag des Stellglieds kann auch eine hydraulische Betätigung vorgenommen werden. Die Ausbildung ist zu diesem Zweck mit Vorteil derart weitergebildet, dass ein die Öffnungs- und Schließbewegung der Düsennadel steuernder mit Kraftstoff be- füllbarer Steuerraum, ein mit dem Steuerraum in Verbindung stehender weiterer Steuerraum und eine mit dem im weiteren Steuerraum herrschender Kraftstoffdruck beaufschlagbare Fläche des Stellglieds vorgesehen ist. Der Steuerraum kann hierbei über eine Bohrung der Düsennadel mit dem weiteren Steuerraum in Verbindung stehen, wie weiter unten in der Figurenbeschrei- bung noch näher erläutert werden wird. Der weitere Steuerraum kann hierbei als Ringraum zwischen einem ringförmigen Absatz der Düsennadel und einem Ringbord des ' Stellglieds ausbildet sein.
Wie bereits erwähnt kann das Stellglied nach Art eines Ventil- schließgliedes im Düsenvorraum angeordnet sein, und es ist hierbei bevorzugt vorgesehen, dass das Stellglied eine kegelige Sitzfläche trägt und mittels eines Kraftspeichers gegen eine Gegensitzflache der Injektordüse pressbar ist. Der Kraftspeicher kann hierbei als Schraubendruckfeder ausgebildet sein, welche sich an einer Schulter der Düsennadel und an einer Ringfläche des Stellglieds abstützt.
Das Stellglied wird bevorzugt von einer die Düsennadel umgebenden Hülse gebildet, wodurch eine besonders Platz sparende Anordnung gewährleistet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 und 2 den grundsätzlichen Aufbau eines Injektors für ein Common-Rail-Einspritzsystem von großen Dieselmotoren, Fig. 3 eine erste erfindungsgemäße Ausbildung des Injektors mit einem als Hülse ausgebildeten Stellglied und Fig. 4 eine abgewandelte Ausbildung des erfindungsgemäßen Stellglieds.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Injektor 1 umfassend einen Injektorkörper 2, einen Ventilkörper 3, eine Zwischenplatte 4 und eine Injektordüse 5, welche durch eine Düsenspannmutter 6 zusammengehalten werden. Die Injektordüse 5 umfasst eine Dü- sennadel 7, welche im Düsenkörper der Injektordüse 5 längsver- schieblich geführt ist und mehrere Freiflächen aufweist, durch welche aus dem Düsenvorraum 8 Kraftstoff zur Nadelspitze strömen kann. Bei der Öffnungsbewegung der Düsennadel 7 wird der Kraftstoff über mehrere Einspritzöffnungen 9 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. An der Düsennadel 7 befindet sich ein Bund, an welchem sich eine Druckfeder 10 abstützt, die mit ihrem oberen Ende eine Steuerhülse 11 gegen die Unterseite der Zwischenplatte 4 drückt. Die Steuerhülse 11 , die obere Stirnfläche der Düsenna- del 7 und die Unterseite der Zwischenplatte 4 begrenzen einen Steuerraum 12. Der im Steuerraum 12 herrschende Druck ist für die Steuerung der Bewegung der Düsennadel maßgeblich. Über die Kraftstoffzulaufbohrung 13 wird der Kraftstoffdruck einerseits im Düseήvorraum 8 wirksam, wo er über die Druckschulter der Düsennadel 7 eine Kraft in Öffnungsrichtung der Düsennadel 7 ausübt. Anderseits wirkt er über den Zulaufkanal 14 und die Zulaufdrossel 15 im Steuerraum 12 und hält, unterstützt von der Kraft der Druckfeder 10, die Düsennadel 7 in ihrer Schließstellung.
Mit dem Ansteuern des Elektromagneten 16 wird der Magnetanker 17 samt der mit ihm verbundenen Ventilnadel 18 angehoben und der Ventilsitz 19 geöffnet. Der Kraftstoff aus dem Steuerraum 12 strömt durch die Ablaufdrossel 20 und den offenen Ventil- sitz 19 in den drucklosen Ablaufkanal 21, was mit dem Absinken der hydraulischen Kraft auf die obere Stirnfläche der Düsennadel 7 zum Öffnen der Düsennadel 7 führt. Der Kraftstoff gelangt nun durch die Einspritzöffnungen 9 in den Brennraum des Motors. Im geöffneten Zustand der Injektordüse 5 fließt gleichzeitig Hochdruckkraftstoff durch die Zulaufdrossel 15 in den Steuerraum 12 zu und über die Ablaufdrossel 20 eine etwas größere Menge ab. Dabei wird die sogenannte Steuermenge drucklos in den Ablaufkanal 21 abgeführt, also zusätzlich zur Einspritzmenge aus dem Rail entnommen. Die Öffnungsgeschwin- digkeit der Düsennadel 7 wird durch den Durchflussunterschied zwischen Zu- und Ablaufdrossel 15,20 bestimmt.
Bei Beendigung der Ansteuerung des Elektromagneten 16 wird der Magnetanker 17 durch die Kraft der Druckfeder 22 nach unten gedrückt und die Ventilnadel 18 verschließt über den Ventilsitz 19 den Ablaufweg des Kraftstoffs durch die Ablaufdrossel 20. Über die Zulaufdrossel 15 wird im Steuerraum 12 wieder der Kraftstoffdruck aufgebaut und erzeugt eine Schließkraft, welche die hydraulische Kraft auf die Druckschulter der Düsennadel 7, vermindert um die Kraft der Druckfeder 10, übersteigt. Die Düsennadel 7 verschließt den Weg zu den Einspritzöffnungen 9 und beendet den Einspritzvorgang.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Injektorausführung erlaubt zwar eine Einspritzverlaufsbeeinflussung durch Mehrfach- bestromung des Magneten derart, dass gegebenenfalls eine ge- ringe Voreinspritzmenge", hierauf die Haupteinspritzmenge und gegebenenfalls auch eine Nacheinspritzmenge in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann. Jedoch ist es damit nicht möglich, eine Einspritzverlaufsformung in der Art zu realisieren, dass an den Einspritzöffnungen in ge- zielter Weise unterschiedliche vom Nadelhub abhängige Drücke wirksam werden.
In Fig. 3 ist eine erste Injektorausführung dargestellt, welche eine Formung des Einspritzverlaufs ermöglicht, indem zu- erst eine Voreinspritzmenge mit geringer Förderrate und darauffolgend die Haupteinspritzmenge mit hoher Förderrate in den Brennraum des Motors eingespritzt wird und welche deshalb für den Betrieb bei großen Einspritzmengen und insbesondere für Schweröl in Common-Rail-Systemen geeignet ist.
Bei dieser Injektorausführung ist ein auf der Düsennadel 7 verschiebbar geführtes Stellglied 23 mittels einer an einer Schulter der Düsennadel 7 abgestützten Druckfeder 24 gegen den Sitzkegel im unteren Bereich der Injektordüse 5 gedrückt. Das Stellglied ist hierbei als Hülse 23 ausgebildet. Sobald die Düsennadel 7 durch Absenken des Kraftstoffdruckes im Steuerraum 12 von ihrem konischen Sitz in der Injektordüse 5 abhebt, strömt der Kraftstoff aus dem Düsenvorraum 8 durch eine oder mehrere Drosseln 25 in der Hülse 23 mit durch diese Drosselung vermindertem Druck zu den Einspritzöffnungen 9 im Kuppenbereich der Injektordüse 5. Solange die Hülse 23 noch im Sitzkegel aufliegt, bleibt also die Einspritzrate niedrig, wobei der durch die Drosseln 25 freigegebenen Zulaufquerschnitt vom Hub der Düsennadel 7 vorerst unbeeinflusst ist.
Sobald die Düsennadel 7 bei ihrem Öffnungsvorgang den Vorhub 27 zurückgelegt hat, kommt ein als Mitnehmerring 26 ausgebildeter Anschlag mit einem als Absatz an der Hülse 23 ausgebildeten Gegenanschlag in Kontakt und hebt in weiterer Folge die Hülse vom Sitzkegel im unteren Bereich der Injektordüse 5 ab. Dem Kraftstoff im Düsenvorraum 8 wird nun ein großer und unge- drosselter Zulaufquerschnitt zu den Einspritzöffnungen 9 freigegeben, sodass die Haupteinspritzung mit hoher Förderrate stattfinden kann.
Zur Beendigung des Einspritzvorganges durch Aufbau des Kraft- stoffdrucks im Steuerraum 12 wird die Hülse 23 gemeinsam mit der Düsennadel 7 in .Richtung Sitzkegel verschoben. Es kommt nun zuerst zum Aufsetzen der Hülse 23 auf den Sitzkegel im un- .teren Bereich der Injektordüse 5 und nach Zurücklegen des Vorhubs 27 zum Verschließen des Kraftstoffweges zu den Einspritz- Öffnungen 9 durch das Aufsetzen der Düsennadel 7 auf ihrem Sitz . Die Dauer einer gedrosselten Einspritzung während des Schließvorganges ist aufgrund der hohen Geschwindigkeit der Düsennadel 7 gegen Ende der Schließbewegung nur sehr kurz.
Fig. 4 zeigt eine zweite Injektorausführung, bei welcher das Abheben der Hülse nicht wie in Fig. 3 mechanisch, sondern hydraulisch gesteuert wird. Eine Hülse 23 wird über zwei Führungsdurchmesser 28, 29 auf der Düsennadel 7 verschiebbar geführt. Zwischen den Absätzen auf Düsennadel 7 und Hülse 23 wird hierbei ein Hülsensteuerraum 30 ausgebildet. Der Hül- sensteuerraum 30 steht über die Zentralbohrung 31 und die Querbohrung 32 mit dem Steuerraum 12 oberhalb der Düsennadel 7 in Verbindung. Die Hülse 23 wird durch den Kraftstoffdruck im Hülsensteuerraum 30 an den Sitzkegel im unteren Bereich der Injektordüse 5 gedrückt. Zur Einleitung des Einspritzvorganges wird der Ventilsitz 19 durch den Magnetanker 17 des 2/2-Wegeventils geöffnet. Damit sinkt der Druck im Steuerraum 12 und die Düsennadel 7 hebt von Ihrem Sitz ab. Der Kraftstoff strömt aus dem Düsenvorraum 8 durch eine oder mehrere Drosseln 25 in der Hülse 23 mit durch diese Drosselung vermindertem Druck zu den Einspritzöffnungen 9 im Kuppenbereich der Injektordüse. Wenn die Düsennadel 7 mit ihrer oberen Stirnfläche an der Unterseite der Zwischenplatte
4 anschlägt, fällt der Druck im Steuerraum 12 stark ab.. Dieser Druckabfall wird über die Zentralbohrung 31 und die Querbohrung 32 in den Hülsensteuerraum 30 weitergegeben. Die Kraft, hervorgerufen durch den auf die Druckstufe der Hülse wirkenden Kraftstoffdruck aus dem Düsenvorraum 8, übersteigt nun die in Schließrichtung wirkenden Kräfte aus dem Druck im Hülsensteu- erraum 30 und der Druckfeder 33. Dadurch kommt es zum Abheben der Hülse 23 vom Sitzkegel im unteren Bereich der Injektordüse
5 und zur Freigabe eines großen und ungedrosselten Zulaufquerschnittes vom Düsenvorraum 8 zu den Einspritzöffnungen 9.
Zur Beendigung des Einspritzvorganges wird im Steuerraum 12 wieder der Kraftstoffdruck aufgebaut und erreicht nach Abheben der Düsennadel 7 von ihrem Anschlag an der Unterseite der Zwischenplatte 4 über die Zentralbohrung 31 und die Querbohrungen 32 .auch den Hülsensteuerraum 30. Die Hülse 23 wird dadurch in Richtung Düsenkuppe verschoben und erreicht ihre Schließposition am Sitzkegel ebenso wie kurz danach die Düsennadel 7. Damit ist der Einspritzvorgang abgeschlossen.
Der Vorteil der beschriebenen . Injektorausführungen liegt darin, dass die Kraftstoffwege für die Haupteinspritzung über große Querschnittsflächen außen an den Hülsen vorbei geführt sind. Deshalb sind diese Ausführungen auch besonders für große Einspritzmengen geeignet, wie sie bei den Injektoren für große Brennkraftmaschinen erforderlich sind.

Claims

Patentansprüche :
1. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer Injektordüse (5) und einer in- der Injektordüse (5) längsverschieblich geführten Düsennadel (7) zum wahlweisen Freigeben und Sperren des Kraft- stoffflusses zu Einspritzöffnungen (9), wobei die Düsennadel (7) zumindest teilweise von einem Düsenvorraum (8) umgeben ist> dadurch gekennzeichnet, dass im Düsenvorraum (8) ein ei- nen Zulaufquerschnitt für den Kraftstofffluss zu den Ein- spritzöffnungen (9) bestimmendes Stellglied (23) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - das Stellglied (23) im Düsenvorraum (8) längsverschieblich geführt ist und dass der Zulaufquerschnitt in Abhängigkeit vom Hub des Stellglieds (23) veränderbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeich- net, dass das Stellglied (23) wenigstens eine Bohrung (25) mit einem von der Stellung des Stellglieds (23) unabhängigen Zulaufquerschnitt aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 2 oder 3 , dadurch gekenn- zeichnet, dass Mittel zum Verstellen des Stellglieds (23) in
Abhängigkeit vom Hub der Düsennadel (7) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (23) bei Durchlaufen eines ersten Teilhubs (27) der Düsennadel (7) in der Schließstellung verbleibt und bei Durchlaufen eines weiteren Teilhubs der Düsennadel (7) zur Veränderung des Zulaufquerschnitts verstellbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich- net, dass die Mittel zum Verstellen des Stellglieds (23) von einem Anschlag (26) der Düsennadel (7) und einem Gegenanschlag des Stellglieds (23) gebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (26) der Düsennadel (7) und der Gegenanschlag des Stellglieds (23) in der Schließstellung der Düsennadel (7) in Abstand voneinander angeordnet sind, so dass die Düsennadel (7) nach Durchlaufen eines Leerwegs (27) das Stellglied (23) in Öffnungsrichtung mitnimmt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Verstellen des Stellglieds (23) einen die Öffnungs- und Schließbewegung der Düsennadel (7) steuernden mit Kraftstoff befüllbaren Steuerraum ( 12 ) , einen mit dem Steuerraum (12) in Verbindung stehenden weiteren Steuerraum (30) und eine mit dem im weiteren Steuerraum (30) herrschenden Kraftstoffdruck beaufschlagbare Fläche des Stellglieds (23) umfassen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (12) über Bohrungen (31,32) der Düsennadel (7) mit dem weiteren Steuerraum (30) in Verbindung steht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 , dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Steuerraum (30) als Ringraum zwischen einem ringförmigen Absatz der Düsennadel (7) und einem Ringbord des Stellglieds (23) ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (23) eine kegelige- Sitzfläche trägt und mittels eines Kraftspeichers (24,33) gegen eine Gegensitzflache der Injektordüse (5) pressbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher als Schraubendruckfeder (24,33) ausgebildet ist, welche sich an einer Schulter der Düsennadel (7) und an einer Ringfläche des Stellglieds (23) abstützt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (23) von einer die Düsennadel (7) umgebenden Hülse gebildet ist.'
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