Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Eine derartige Einspritzdüse ist beispielsweise aus der DE 100 58 153 Al bekannt und besitzt einen Düsenkörper, an dem wenigstens ein erstes Spritzloch sowie wenigstens ein zweites Spritzloch ausgebildet sind. In einer ersten Nadelführung des Düsenkörpers ist eine als Hohlnadel ausgebildete erste Düsennadel geführt, mit der die Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine erste Spritzloch steuerbar ist. In der ersten Düsennadel ist eine zweite Nadelführung ausgebildet, in der koaxial zur ersten Düsennadel eine zweite Düsennadel angeordnet ist, mit der die Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine zweite Spritzloch steuerbar ist. Bei der bekannten Einspritzdüse ist die zweite Düsennadel mit einem Antriebskolben antriebsverbunden, der in einem Steuerraum eine bei Druckbeaufschlagung in Schließrichtung wirksame Steuerfläche aufweist. Die zweite Düsennadel besitzt eine Druckstufe, d.h. eine Querschnittsflache eines zwischen zweiter Düsennadel und Düsenkörper ausgebildeten zweiten
Ventilsitzes ist kleiner als eine Querschnittsflache der in der ersten Düsennadel zur Führung der zweiten Düsennadel ausgebildeten zweiten Nadelführung. Bei geöffneter erster Düsennadel wird die Druckstufe der zweiten Düsennadel mit Druck beaufschlagt, wobei die Druckstufe der zweiten Düsennadel in Öffnungsrichtung wirkt. Wenn bei geöffneter erster Düsennadel zusätzlich auch die zweite Düsennadel geöffnet werden soll, kann im Steuerraum der Druck abgesenkt werden, so dass die Öffnungskraft an der Druckstufe der zweiten Düsennadel überwiegt. Der zur Betätigung der zweiten Düsennadel erforderliche Aufwand ist hierbei relativ groß. Bei der bekannten Einspritzdüse baut der Düsenkörper bezüglich der Hubrichtung der Düsennadeln außerdem relativ groß, was bei bestimmten Anwendungsformen nachteilig sein kann.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, dass ein zur direkten Ansteuerung der ersten Düsennadel vorgesehener erster Steuerraum koaxial in einen Hochdruckraum angeordnet werden kann und von diesem lediglich durch eine Steuerraumhülse abgetrennt ist. Hochdruckraum und erster Steuerraum können somit relativ dicht nebeneinander im Düsenkörper angeordnet werden, ohne dass dazu übermäßig viel Bauraum in radialer Richtung benötigt wird. Gleichzeitig kann durch diese Bauweise die axiale Bauhöhe des Düsenkörpers erheblich reduziert werden. Die Steuerraumhülse ist dabei in einer Öffnungsrichtung der ersten Düsennadel vorgespannt, wodurch sie inbesondere an einer am Düsenkörper ausgebildeten Begrenzungswand des ersten Steuerraums, die einer ersten Steuerfläche der ersten Düsennadel bzw. eines damit antriebsgekoppelten ersten Antriegbskolbens gegenüberliegt, dichtend zur Anlage kommt.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Steuerraumhülse mit einer Vorspannfeder, die sich einenends an der Steuerraumhülse und andernends an der ersten Düsennadel oder am ersten Antriebskolben abstützt, in Öffnungsrichtung der ersten Düsennadel vorgespannt sein. Bei dieser Bauweise hängt die Vorspannung, mit welcher die Steuerraumhülse dichtend am Düsenkörper zur Anlage kommt, von der Relativlage der ersten Düsennadel ab. Bei geschlossener erster Düsennadel herrscht im Hochdruckraum derselbe Druck wie im ersten Steuerraum, so dass es auf die dichte Anlage der Steuerraumhülse an Dichtkörper nicht ankommt. Beim Öffnen der ersten Düsennadel herrscht im ersten Steuerraum jedoch ein reduzierter Druck, so dass eine Druckdifferenz zwischen Hochdruckraum und erstem Steuerraum entsteht, die mit Hilfe der Steuerraumhülse abgedichtet werden soll. Durch die vorgeschlagene Anordnung der Vorspannfeder wird deren Vorspannkraft beim- Öffnen der ersten Düsennadel vergrößert, mit der Folge, dass sich auch die Dichtwirkung der am Düsenkörper anliegenden Steuerraumhülse erhöht.
Vorteilhafterweise kann die erste Nadelführung mit einem ersten Leckageraum kommunizieren, der an eine Leckageleitung angeschlossen ist. Im Leckagesystem herrscht ein Leckagedruck, der üblicherweise niedriger ist als der kleinste, im ordnungsgemäßen Betrieb der Einspritzdüse auftretende Betriebsdruck im Kraftstoff. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass in allen Betriebszuständen Kraftstoff - wenn überhaupt - vom Hochdrucksystem in das Leckagesystem gelangt, jedenfalls nicht umgekehrt.
Von besonderem Vorteil ist nun eine Weiterbildung, bei welcher der erste Leckageraum radial außen durch eine Leckageraumhülse begrenzt ist, die den ersten Leckageraum
vom Hochdruckraum trennt, an der ersten Düsennadel oder am ersten Antriebskolben geführt ist und in Schließrichtung der ersten Düsennadel vorgespannt ist. Durch diese Bauweise ist es möglich, auch den ersten Leckageraum und den Hochdruckraum konzentrisch ineinander anzuordnen, wodurch axialer Bauraum gespart wird. Der Aufbau ist dabei relativ einfach, da die Leckageraumhülse den Hochdruckraum gegenüber dem ersten Leckageraum aufgrund ihrer Vorspannung abdichtet. Die Leckageraumhülse ist zu diesem Zweck in der Schließrichtung der ersten Düsennadel gegen eine Wand des Düsenkörpers vorgespannt, die den ersten Leckageraum in der Schließrichtung begrenzt. Der Herstellungsaufwand zum Aufbau des Düsenkörpers wird dadurch erheblich reduziert.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ergeben sich aus den ünteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einspritzdüse sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch:
Fig. 1 und 2 jeweils einen stark vereinfachten Prinzip- Längsschnitt durch eine Einspritzdüse nach der Erfindung, bei unterschiedlichen Ausführungsformen .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Entsprechend Fig. 1 besitzt eine erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 einen nur teilweise dargestellten Düsenkörper 2. Die Einspritzdüse 1 dient zur Kraftstoffversorgung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine-, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Im montierten Zustand ragt eine Düsenspitze 3 in einen Brennraum 4 oder in einen Vormischraum 4 des jeweiligen Zylinders hinein, derart, dass wenigstens ein erstes Spritzloch 5 und wenigstens ein zweites Spritzloch 6 bei einer entsprechenden Betätigung der Einspritzdüse 1 Kraftstoff in den Brennraum/Vormischraum 4 eindüsen können. Es ist klar, dass die Einspritzdüse 1 mehrere erste Spritzlöcher 5 und/oder mehrere zweite Spritzlöcher 6 aufweisen kann, die dann zweckmäßig jeweils ringförmig, in Umfangsrichtung entlang der Düsenspitze 3 verteilt angeordnet sind.
Der Düsenkörper 2 enthält eine erste Nadelführung 7, in der eine erste Düseτmadel 8 hubverstellbar gelagert ist. Die erste Düsennadel 8 dient zur Steuerung des wenigstens einen ersten Spritzlochs 5. Zu diesem Zweck ist zwischen einer den Spritzlöchern 5, 6 zugewandten ersten Nadelspitze 9 der ersten Düsennadel 8 und der Düsenspitze 3 ein erster Dichtsitz 10 ausgebildet, der bezüglich einer Kraftstoff- versorgung des wenigstens einen ersten Spritzlochs 5 stromauf des wenigstens einen ersten Spritzlochs 5 angeordnet ist.
Die Kraftstoffversorgung der Spritzlöcher 5 , 6 erfolgt über eine Zuführungsleitung 11, die im Düsenkörper 2 ausgebildet ist, eingangsseitig mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird und ausgangsseitig in einen Düsenraum 12 einmündet. Vom Düsenraum 12 führt ein radial zwischen erster Düsennadel 8 und Düsenkörper 2 ausgebildeter Ringraum 13 zu den Spritzlöchern 5, 6. Zur Versorgung der Zuführungsleitung 11 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff kann die
Zuführungsleitung 11 an eine hier nicht gezeigte Hochdrucksammelleitung angeschlossen sein, die von einer Hochdruckpumpe gespeist wird und an welche die Zuführungsleitungen 11 von mehreren Einspritzdüsen 1 angeschlossen sind ( „Common-Rail-Prinzip" ). Ebenso ist es möglich, die Zuführungsleitung 11 direkt an eine entsprechende Hochdruckpumpe anzuschließen.
Die erste Düsennadel 8 ist als Hohlnadel ausgebildet und enthält eine zweite Nadelführung 14, in welcher eine zweite Düsennadel 15 koaxial zur ersten Düsennadel 8 hubverstellbar gelagert ist. Die zweite Düsennadel 15 dient zur Steuerung des wenigstens einen zweiten Spritzlochs 6. Hierzu ist zwischen einer den Spritzlöchern 5, 6 zugewandten zweiten Nadelspitze 16 und der Düsenspitze 3 ein zweiter Dichtsitz 17 ausgebildet, der stromab des wenigstens einen ersten Spritzlochs 5 und stromauf des wenigstens einen zweiten Spritzlochs 6 angeordnet ist. Die Dichtsitze 10, 17 erstrecken sich jeweils in Umfangsrichtung ringförmig und linienförmig .
Bei geschlossener erster Düsennadel 8 sind sowohl das wenigstens eine erste Spritzloch 5 als auch das wenigstens eine zweite Spritzloch 6 von der KraftstoffZuführung abgetrennt. Bei geöffneter erster Düsennadel 8 und geschlossener zweiter Düsennadel 15 kommuniziert das ■wenigstens eine erste Spritzloch 5 mit der Kraftstoff- Versorgung, während das wenigstens eine zweite Spritzloch 6 von der KraftstoffZuführung abgesperrt ist. Wenn beide Düsennadeln 8, 15 geöffnet sind, kommunizieren alle Spritzlöcher 5, 6 mit der KraftstoffVersorgung.
Die Düsennadeln 8, 15 werden mit Hilfe von daran angreifenden hydraulischen Druckkräften zum Öffnen und Schließen betätigt. Dabei ist eine Öffnungsrichtung der
Düsennadeln 8, 15 durch einen Pfeil 18 symbolisiert, während ein Pfeil 19 die Schließrichtung der Düsennadeln 8, 15 repräsentiert. Bei der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform besitzt die erste Düsennadel 8 eine erste Druckstufe 20, die im Düsenraum 12 bzw. in Ringraum 13 angeordnet ist und somit im Betrieb der Einspritzdüse 1 permanent mit Kraftstoffhochdruck beaufschlagt ist. Die erste Druckstufe 20 ist den Spritzlöchern 5, 6 zugewandt, so dass die daran angreifenden Druckkräfte in der Öffnungsrichtung 18 wirken. Die erste Druckstufe 20 wird dadurch realisiert, dass eine erste Dichtungsflache 21 im ersten Dichtsitz 10 kleiner gewählt ist als eine erste Führungsfläche 22 in der ersten Nadelführung 7.
Um die erste Düsennadel 8 in Schließrichtung 19 anzutreiben, ist eine erste Steuerfläche 23 vorgesehen, die grundsätzlich an der ersten Düsennadel 8 ausgebildet sein kann. Bei der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist die erste Steuerfläche 23 jedoch an einem ersten Antriebskolben 24 ausgebildet, der mit der ersten Düsennadel 8 antriebsgekoppelt ist. Da die erste Steuerfläche 23 von den Spritzlöchern 5, 6 abgewandt ist, erzeugt sie bei einer Druckbeaufschlagung eine in Schließrichtung 19 wirksame Druckkraft. Bei der hier gezeigten Ausführungsform stützt sich der erste Antriebskolben 24 direkt an der ersten Düsennadel 8 ab. Da im Betrieb der Einspritzdüse 1 am ersten Antriebskolben 24 und an der ersten Düsennadel 8 permanent Druckkräfte angreifen, die den ersten Antriebskolben 24 gegen die erste Düsennadel 18 andrücken, ist es nicht zwingend erforderlich, dass die erste Düsennadel 8 fest mit dem ersten Antriebskolben 24 verbunden ist. Die einzelnen Bauteile (erste Düsennadel 8, erster Antriebskolben 24) können daher insbesondere lose aufeinander liegen. Die genannten Bauteile 8, 24 bilden eine funktionale Einheit, die komplett hubverstellbar ist. Ebenso ist eine
Ausführungsform möglich, bei welcher der erste Antriebskolben 24 fest mit der ersten Düsennadel 8 verbunden ist, insbesondere können erster Antriebskolben 24 und erste Düsennadel 8 auch einteilig ausgebildet sein.
Die erste Steuerfläche 23 ist in einem ersten Steuerraum 25 angeordnet und dort mit einem Druck beaufschlagbar. Gegenüberliegend der ersten Steuerfläche 23 ist der erste Steuerraum 25 von einer ersten Wand 26 begrenzt, die den Spritzlöchern 5, 6 zugewandt ist und am Düsenkörper 2 ausgebildet ist. Radial innen ist der erste Ξteuerraum 25 durch einen zylindrischen Führungszapfen 27 des Düsenkörpers
2 begrenzt, der sich koaxial zu einer Längsmittelachse 28 der Einspritzdüse 1 erstreckt. Radial außen ist der erste Steuerraum 25 durch eine Steuerraumhülse 29 begrenzt, die außen am ersten Antriebskolben 24 hubverstellbar gelagert ist.
Die Steuerraumhülse 29 ist dabei mittels einer Vorspannfeder
30 gegen die erste Wand 26 vorgespannt, wobei sich die Vorspannfeder einerseits an der Steuerraumhülse 29 und andererseits über einen am ersten Antriebskolben 24 ausgebildeten Kragen 31 am ersten Antriebskolben 24 abstützt. Die Vorspannfeder 30 dient somit gleichzeitig zum Antreiben des ersten Antriebskolbens 24 und somit der ersten Düsennadel 8 in deren Schließrichtung 19. Die Steuerraumhülse 29 trennt den ersten Steuerraum 25 von einem Hochdruckraum 32, welcher den Antriebskolben 24 an seinem von den Spritzlöchern 5, 6 entfernten Ende ringförmig umhüllt.
Der Hochdruckraum 32 ist an die Zuführungsleitung 11 angeschlossen, so dass im Betrieb der Einspritzdüse 1 im Hochdruckraum 32 der Kraftstoffhochdruck herrscht. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist die Zuführungsleitung 11
so im Düsenkörper 2 angeordnet, dass sie quasi durch den Hochdruckraum 32 hindurch geführt ist. Dementsprechend kann der Düsenkörper 2 relativ einfach ausgebildet werden, wodurch dieser preiswert herstellbar ist. Des Weiteren baut der Düsenkörper 2 aufgrund dieser Anordnung in radialer Richtung vergleichsweise klein, wobei gleichzeitig in axialer Richtung ebenfalls eine relativ kleine Bauhöhe erzielbar ist.
Der erste Steuerraum 25 kommuniziert über eine erste Zuflußleitung 33 mit der Zuführungsleitung 11, so dass sich im ersten Steuerraum 25 der Kraftstoffhochdruck einstellen kann. Die erste Zuflußleitung 33 ist gedrosselt und kann zu diesem Zweck eine erste Zuflußdrossel 34 enthalten, die den Volumenstrom durch die erste Zuflußleitung 33 drosselt. Der erste Steuerraum 25 ist außerdem mit Hilfe einer ersten Abflußleitung 35 an einen ersten Anschluß 36 eines 3/3- Ventils 37 angeschlossen. Das 3/3-Ventil 37 besitzt entsprechend seiner Bezeichnung „3/3" drei Anschlüsse, nämlich den ersten Anschluß 36, einen zweiten Anschluß 38 und einen dritten Anschluß 39, sowie drei Schaltstellungen, die weiter unten erläutert werden.
Auch die erste Abflußleitung 35 ist gedrosselt, was hier mittels einer ersten Abflußdrossel 40 erreicht wird. Die erste Zuflußleitung 33 ist dabei stärker gedrosselt als die erste Abflußleitung 35, was durch eine entsprechende Dimensionierung der ersten Zuflußdrossel 34 und der ersten Abflußdrossel 40 erreicht wird.
Der erste Antriebskolben 24 ist im Düsenkörper 2 in einer ersten Antriebskolbenführunσ 41 hubverstellbar gelagert. Diese erste Antriebskolbenführung 41 sowie die erste Nadelführung 7 kommunizieren mit einem ersten Leckageraum 42, an den eine Leckageleitung 43 angeschlossen ist. Die
Leckageleitung 43 führt üblicherweise zu einem relativ drucklosen Reservoir, inbesondere Kraftstofftank. Dabei kann in der Leckageleitung 43 zweckmäßig ein hier nicht gezeigtes Druckregelventil angeordnet sein, das dafür sorgt, dass im Leckagesystem 43 ein vorbestimmter Leckagedruck herrscht. Dieser Leckagedruck ist dabei so gewählt, dass er sicher kleiner ist als der kleinste im ordnungsgemäßen Betrieb der Einspritzdüse 1 auftretende Betriebsdruck für den Kraftstoff. Eine Leckage aus dem Hochdruckraum 32 kann entlang der ersten Antriebskolbenführung 41 in den ersten Leckageraum 42 gelangen, ebenso wie eine Leckage aus dem Düsenraum 12 entlang der ersten Nadelführung 7. Das Leckagevolumen kann dann über die Leckageleitung 43 abgeführt werden.
Zur Einleitung von in Öffnungsrichtung 18 wirksamen Druckkräften in die zweite Düsennadel 15 ist diese mit einer zweiten Druckstufe 44 ausgestattet . Die zweite Druckstufe 44 ist dabei ebenfalls im Ringraum 13 angeordnet, jedoch in einem Abschnitt, der stromab des ersten Dichtsitzes 10 angeordnet ist. Das bedeutet, dass die zweite Druckstufe 44 erst bei geöffneter erster Düsennadel 8 mit dem Kraftstoffhochdruck beaufschlagt ist. Um die zweite Druckstufe 44 zu realisieren, ist eine zweite Dichtungsfläche 45 im zweiten Dichtsitz 17 kleiner gewählt als eine zweite Führungsflache 46 in der zweiten Nadelführung 14. Zur Einleitung von in Schließrichtung 19 wirkenden Druckkräften in die zweite Düsennadel 15 ist eine zweite Sreuerflache 47 vorgesehen. Die zweite Steuerfläche 47 kann grundsätzlich direkt an der zweiten Düsennadel 15 an einer von den Spritzlöchern 5, 6 abgewandten Seite angeordnet sein. Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Steuerfläche 47 jedoch an einem zweiten Antriebskolben 48 ausgebildet, der mit der zweiten Düsennadel 15 antriebsgekoppelt ist. Auch hier gilt
grundsätzlich das weiter oben zur der hubverstellbaren Einheit aus erster Düsennadel 8 und erstem Antriebskolben 24 Gesagte. Das heißt, zweite Düsennadel 15 und zweiter Antriebskolben 48 können separate Bauteile sein, die lose aneinander liegen oder fest miteinander verbunden sind; ebenso ist eine einteilige oder einstückige Bauweise möglich.
Die zweite Steuerfläche 47 ist in einem zweiten Steuerraum
49 angeordnet und dort mit einem Druck beaufschlagbar. Der zweite Steuerraum 49 kommuniziert durch eine zweite Zuflußleitung 50 mit der Zuführungsleitung 11, hier indirekt über den Hochdruckraum 32, an den die zweite Zuflußleitung
50 angeschlossen ist. Auch die zweite Zuflußleitung 50 ist gedrosselt, was zweckmäßig mittels einer zweiten
Zuflußdrossel 51 erreicht werden kann. Die zweite Zuflußleitung 50 umfaßt eine Ringnut 52, die radial innen am ers±eπ Antriebskolben 24 ausgebildet ist. Hierdurch kann die Verbindung zwischen zweitem Steuerraum 49 und Hochdruckraum 32 bei allen Relativlagen des ersten Antriebskolbens 24 gewährleistet werden.
Der zweite Antriebskolben 48 ist dabei in einer zweiten Antriebskolbenführung 53 hubverstellbar im ersten Antriebskolben 24 gelagert, der zu diesem Zweck als Hohlkolben ausgebildet ist. Die beiden Antriebskolben 24 und 48 sind ebenso wie die beiden Düsennadeln 8', 15 koaxial ineinander angeordnet.
Der zweite Steuerraum 49 ist über eine zweite Abflußleitung 54 an den zweiten Anschluß 38 des 3/3-Ventils 37 angeschlossen. Auch die zweite Abflußleitung 54 ist gedrosselt, was z. B. mittels einer zweiten Abflußdrossel 55 erreicht wird. Auch hier ist die zweite Zuflußleitung- 50 stärker gedrosselt als die zweite Abflußleitung 54, was
durch eine entsprechende Dimensionierung der zweiten
Zuflußdrossel 51 und der zweiten Abflußdrossel 55 erreicht wird.
Zwischen den Enden der zweiten Düsennadel 15 ist im Inneren des ersten Antriebskolbens 24 ein zweiter Leckageraum 56 ausgebildet, der die einander zugewandten Endabschnitte der zweiten Düsennadel 15 und des zweiten Antriebskolbens 48 ringförmig umschließt. Der zweite Leckageraum 56 nimmt dabei Leckagen auf, die vom zweiten Steuerraum 49 entlang der zweiten Antriebskolbenführung 53 und bei geöffneter erster Düsennadel 8 vom Ringraum 13 entlang der zweiten Nadelführung 14 in den zweiten Leckageraum 56 gelangen. Der erste Antriebskolben 24 enthält wenigstens eine Querbohrung 57, durch welche die beiden Leckageräume 42 und 56 miteinander kommunizieren. Auf diese Weise ist auch der zweite Leckageraum 56 durch die Querbohrung 57 und den ersten Leckageraum 42 an die Leckageleitung 43 angeschlossen.
Im zweiten Leckageraum 56 ist außerdem eine Rückstellfeder 58 angeordnet, die sich einerseits über eine am ersten Antriebskolben 24 ausgebildete Stufe 59 am ersten Antriebskolben 24 und andererseits über eine Scheibe 60 an einem an der zweiten Düsennadel 15 ausgebildeten Absatz 61 abstützt. Die Rückstellfeder 58 treibt somit die zweite Düsennadel 15 in deren Schließrichtung 19 an. Die Scheibe 60 ist dabei für Leckage durchlässig ausgestaltet, was durch ein entsprechendes Radialspiel oder durch entsprechende axiale Durchbrüche realisierbar ist.
An den dritten Anschluß 39 des 3/3-Ventils 37 ist eine Entspannungsleitung 62 angeschlossen, die zweckmäßig mit der Leckageleitung 43 verbunden sein kann. In der Entspannungsleitung 62 ist hier ein Rückschlagsperrventil 63
angeordnet, das zum dritten Anschluß 39 hin sperrt und zur Leckageleitung 43 hin gegen die Kraft einer Schließfeder 64 öffnet.
Das 3/3-Ventil 37 umfaßt hier einen Ventilkörper 65, der mit einem ersten Ventilsitz 66 und mit einem zweiten Ventilsitz 67 zusammenwirkt. Des Weiteren enthält das 3/3-Ventil 37 eine Feder 68, die den Ventilkörper 65 in den ersten Ventilsitz 66 antreibt. Der Ventilkörper 65 ist über eine Antriebsstange 69 mit einem Aktuator oder Aktor 70, der insbesondere als Piezo-Aktor ausgebildet sein kann, antriebsverbunden. Der Aktor 70 kann den Ventilkörper 65 entsprechend einem Doppelpfeil zur Durchführung von Stellhüben 71 antreiben.
Die Steuerraumhülse 29 ist an ihrem von den Spritzlöchern 5, 6 abgewandelten Ende 72 angespitzt. Hierdurch ergibt sich in der Kontaktzone zwischen Steuerraumhülse 29 und erster Wand 26 eine erhöhte Anpreßkraft, wodurch sich die Dichtwirkung der Steuerraumhülse 29 zum Abdichten des Hochdruckraums 32 gegenüber dem ersten Steuerraum 25 erhöht. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist das angespitzte Ende 72 dadurch ausgebildet, dass die Steuerraumhülse 29 radial außen kegelförmig abgeschrägt ist. Die Steuerraumhülse 29 besitzt dadurch an ihrem angespitzten Ende 72 eine Fase 73, die dem Hochdruckraum 32 ausgesetzt ist. Durch die gewählte Formgebung der Steuerraumhülse 29 kann die Zuführungsleitung 11 bezüglich der Radialrichtung relativ dicht am ersten Steuerraum 25 an den Hochdruckraum (32) herangeführt werden. Der Düsenkσrper 2 kann somit in radialer Richtung extrem kompakt bauen .
Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einspritzventils 1 arbeitet wie folgt:
In dem in Fig. 1 gezeigten Ausgangszustand sind beide Düsennadeln 8, 15 geschlossen, so dass die erste Düsennadel 8 im ersten Dichtsitz 10 sitzt, während die zweite Düsennadel 15 im zweiten Dichtsitz 17 sitzt. Das 3/3-Ventil 37 nimmt in dieser Ausgangslage seine hier gezeigte erste Schaltstellung ein, in welcher der Ventilkörper 65 in seinem ersten Ventilsitz 66 sitzt. Dementsprechend ist der dritte Anschluß 39 gesperrt, während der erste Anschluß 36 mit dem zweiten Anschluß 38 kommuniziert, da der Ventilkörper 65 von seinem zweiten Ventilsitz 67 abgehoben ist. Die kommunizierende Verbindung des ersten Anschlusses 36 mit dem zweiten Anschluß 38 ist jedoch für die Funktion des 3/3- Ventils 37 bzw. für die Ansteuerung der Düsennadeln 8, 15 hier nicht zwingend erforderlich. (???)
Über die erste Zuflußleitung 33 stellt sich im ersten Steuerraum 25 der Kraftstoffhochdruck ein. Ebenso stellt sich im zweiten Steuerraum 49 der Kraftstoffhochdruck über die zweite Zuflußleitung 50 ein.
In diesem Ausgangszustand stellt sich an der Einheit aus erster Düsennadel 8 und erstem Antriebskolben 24 eine Kräftebilanz ein, bei welcher eine in Schließrichtung wirksame resultierende Kraft entsteht, welche die erste Düsennadel 8 geschlossen hält.
Um eine Kraftstoffeinspritzung durch das wenigstens eine erste Spritzloch 5 durchzuführen, muß die erste Düsennadel 8 geöffnet werden. Zu diesem Zweck wird der Aktor 70 zur Hubverstellung des Ventilkörpers 65 angesteuert. Zum Öffnen der ersten Düsennadel 8 wird dabei eine zweite Schaltstellung des 3/3-Ventils 37 eingestellt .. In dieser zweiten Schaltstellung sitz der Ventilkörper 65 in seinem zweiten Ventilsitz 67, während er von seinem ersten Ventilsitz 66 abgehoben ist. Dementsprechend kommuniziert in
der zweiten Schaltstellung der erste Anschluß 36 mit dem dritten Anschluß 39. Das bedeutet, dass nun durch die erste Abschlußleitung 35 Kraftstoff über die Entspannungsleitung 62 aus dem ersten Steuerraum 25 abfließen kann. Gleichzeitig fließt Kraftstoff über die erste Zuflußleitung 33 in den Steuerraum 25 nach. Da die erste Zuflußleitung 33 jedoch stärker gedrosselt ist als die erste Abflußleitung 35, fließt mehr Kraftstoff aus dem ersten Steuerraum 25 ab, als nachfließen kann. Dementsprechend kommt es im ersten Steuerraum 25 zu einem Druckabfall. Dieser Druckabfall verändert die an der aus erstem Antriebskolben 24 und erster Düsennadel 8 gebildeten Einheit wirksame Kräftebilanz dahingehend, dass nunmehr eine in Öffnungsrichtung wirkende resultierende Kraft entsteht. Folglich hebt die erste Düsennadel 8 von ihrem ersten Dichtsitz 10 ab und das wenigstens eine erste Spritzloch 5 kann mit dem unter Hochdruck stehenden Kraftstoff versorgt werden. Folglich kommt es zu einer Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum 4 durch das wenigstens eine erste Spritzloch 5.
Zum Beenden der Einspritzung durch das wenigstens eine erste Spritzloch 5 wird der Aktor 70 zum Zurückstellen des Ventilkörpers 5 in die erste Schaltstellung betätigt. Über die erste Zuflußleitung 33 kann sich dann im ersten' Steuerraum 25 wieder der Kraftstoffhochdruck aufbauen, da über die erste Abflußleitung 35 in der ersten Schaltstellung des 3/3-Ventils 37 kein Kraftstoff aus dem ersten Steuerraum 25 mehr abfließt. Die Kräftebilanz wird dabei wieder zur Erzeugung einer in Schließrichtung 19 wirkenden resultierenden Kraft geändert. Gleichzeitig unterstützt die Vorspannfeder 30 die Ξchließbewegung des ersten Antriebskolbens 24 bzw. der ersten Düsennadel 8.
Wenn eine Kraftstoffeinspritzung sowohl durch das wenigstens eine erste Spritzloch 5 als auch durch das wenigstens eine
zweite Spritzloch 6 durchgeführt werden soll, ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 zwei Möglichkeiten .
Zum einen können die beiden Düsennadeln 8, 15 konventionell nacheinander geöffnet werden, so dass zunächst nur die erste Düsennadel 8 geöffnet wird und anschließend auch die zweite Düsennadel 15. Zum anderen können die beiden Düsennadeln 8, 15 mit der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 auch quasi gleichzeitig geöffnet werden.
Zum seriellen Öffnen der beiden Düsennadeln 8, 15 wird zum Öffnen der äußeren Düsennadel 8 zunächst wie oben verfahren, in dem am 3/3-Ventil 37 die zweite Schaltstellung eingestellt wird.
Bei geöffneter erster Düsennadel 8 liegt an der zweiten Druckstufe 44 der ersten Düsennadel 15 im wesentlichen der Kraftstoff-Hochdruck an. Dennoch überwiegen in der Kräftebilanz an der gemeinsamen hubverstellbaren Einheit aus zweiter Düsennadel 15 und zweitem Antriebskolben 48 die in Schließrichtung 19 wirksamen Druck- und Federkräfte.
Nach dem Öffnen der ersten Düsennadel 8 kann nun die zweite Düsennadel 15 dadurch geöffnet werden, dass das 3/3-Ventil 37 durch eine entsprechende Betätigung des Aktors 70 in seine dritte Schaltstellung verstellt wird. In der dritten Schaltstellung befindet sich der Ventilkörper 65 zwischen den beiden Ventilsitzen 66, 67, so dass der Ventilkörper 65 von beiden Ventilsitzen 66, 67 abgehoben ist. In der dritten Schaltstellung sind somit sowohl der erste Anschluß 36 als auch der zweite Anschluß 38 mit dem dritten Anschluß 39 verbunden. Über die zweite Abflußleitung 54 kann somit Kraftstoff aus dem zweiten Steuerraum 49 in die Entspannungsleitung 62 abfließen. Gleichzeitig fließt über
die zweite .Zuflußleitung 50 Kraftstoff in den zweiten Steuerraum 49 nach. Durch die gewählte Dimensionierung der zweiten Drosseln 51, 55 kann der Kraftstoff aus dem zweiten Steuerraum 49 schneller abfließen als nachfließen. Dementsprechend kommt es im zweiten Steuerraum 49 zu einem Druckabfall, der die Kräftebilanz an der Einheit aus zweiter Düsennadel 15 und zweitem Antriebskolben 48 dahingehend ändert, dass nunmehr eine in Öffnungsrichtung 18 wirkende resultierende Kraft entsteht. Dementsprechend hebt nun auch die zweite Düsennadel 15 von ihrem zweiten Dichtsitz 17 ab. In der Folge wird nun auch das wenigstens eine zweite Spritzloch 6 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt, so dass nun auch durch das wenigstens eine zweite Spritzloch 6 eine Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum 4 erfolgt.
Für den Fall, dass beide Düsennadeln 8, 15 quasi parallel, also nahezu gleichzeitig geöffnet werden sollen, kann durch eine entsprechende Betätigung des Aktors 70 das 3/3-Ventil 37 von seiner ersten Schaltstellung direkt in seine dritte Schaltstellung verstellt werden, wodurch in der Folge der Druck im ersten Steuerraum 25 und der Druck im zweiten Steuerraum 49 gleichzeitig abfallen. Sobald dann die erste Düsennadel 8 von ihrem ersten Dichtsitz 10 abhebt, herrscht an der zweiten Druckstufe 44 der zweiten Düsennadel 15 im wesentlichen der Kraftstoffhochdruck, so dass dann auch die zweite Düsennadel 15 unverzüglich öffnen kann.
Für das Schließen der beiden gleichzeitig geöffneten Düsennadeln 8, 15 ergeben sich bei der hier gezeigten Einspritzdüse 1 wieder zwei Möglichkeiten. Zum einen können beide Düsennadeln 8, 15 gleichzeitig geschlossen werden. Zum anderen ist es möglich, zuerst die zweite Düsennadel 15 zu schließen und erst danach auch die erste Düsennadel 8 zu schließen, wobei es auch denkbar ist, vor dem Schließen der
ersten Düsennadel 8 die zweite Düsenn'adel 15 noch einmal oder mehrmals zu öffnen und/oder zu schließen.
Zum gleichzeitigen Schließen der beiden Düsennadeln 8, 15 wird der Aktor 70 so angesteuert, dass er das 3/3-Ventil 37 direkt in seine erste Schaltstellung verstellt. Der Kraftstoffabfluß aus den Steuerräumen 25, 49 durch die Abschlußleitungen 35, 54 ist dadurch gestoppt, so dass der Druck in den Steuerräumen 25, 49 über die Zuflußleitungen 33, 50 wieder auf den Kraftstoff-Hochdruck ansteigt. Dementsprechend kehren sich die Kräftebilanzen für die Düsennadeln 8, 15 dahingehend wieder um, dass nunmehr an beiden Düsennadeln 8, 15 in Schließrichtung 19 wirksame resultierende Kräfte entstehen. Dementsprechend können beide Düsennadeln 8, 15 quasi gleichzeitig in ihre Dichtsitze 10, 17 einfahren. Für den Fall, dass die erste Düsennadel 8 vor der zweiten Düsennadel 15 schließt, bricht an der zweiten Druckstufe 44 der in Öffnungsrichtung wirksame Druck zusammen, so dass auch die zweite Düsennadel 15 spätestens dann automatisch schließt.
Um die beiden Düsennadeln 8, 15 nacheinander zu schließen, wir der Aktor 70 zunächst so betätigt, dass er das 3/3- Ventil 37 von der dritten Schaltstellung in dessen zweite Schaltstellung umschaltet, so dass der Kraftstoffabfluß aus dem zweiten Steuerraum 49 durch die zweite Abflußleitung 54 gesperrt ist. Dementsprechend strömt Kraftstoff über die zweite Zuflußleitung 50 nach, so dass sich im zweiten Steuerraum 49 wieder der Kraftstoffhochdruck einstellt. In der Folge kehrt sich die Kräftebilanz für die zweite Düsennadel 15 um, so dass eine in Schließrichtung 19 entstehende resultierende Kraft entsteht. Die zweite Düsennadel 15 fährt dann in ihren zweiten Dichtsitz 17 ein. Das wenigstens eine zweite Spritzloch 6 ist somit von der KraftstoffZuführung getrennt, während durch das wenigstens
eine erste Spritzloch 5 nach wie vor eine Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum 4 stattfindet. Durch Umschalten des 3/3-Ventils 37 zurück in seine dritte Schaltstellung kann die zweite Düsennadel 15 nochmals geöffnet werden.
Zum Schließen der ersten Düsennadel 8 und durch das Umschalten des 3/3-Ventils 37 in die erste Schaltstellung wird nun auch der Kraftstoffabfluß aus dem ersten Steuerraum 25 durch' die erste Abflußleitung 35 gestoppt, so dass der durch die erste Zuflußleitung 33 nachströmende Kraftstoff im ersten Steuerraum 25 den Druck bis zum Kraftstoffhochdruck erhöht. In der Folge kehrt sich auch für die erste Düsennadel 8 die Kräftebilanz um, so dass eine in Schließrichtung 19 wirksame Resultierende entsteht. Dementsprechend fährt auch die erste Düsennadel 8 in den ersten Dichtsitz 10 ein. Sodann ist auch das wenigstens eine erste Spritzloch 5 von der KraftstoffZuführung getrennt.
Die erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 zeichnet sich durch einen vergleichsweise einfachen Aufbau aus und ermöglicht eine direkte Ansteuerung der beiden Düsennadeln 8, 15, wobei die zweite Düsennadel 15 bei geöffneter Düsennadel 8 unabhängig geöffnet und geschlossen werden kann.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1, wobei wegen der Übereinstimmungen mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 hinsichtlich Bauteilen und Funktionen auf das betreffend zu Fig. 1 Gesagte verwiesen und nachfolgend lediglich die Unterschiede erläutert werden.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist der erste Leckageraum 42 radial außen durch eine Leckageraumhülse 74 begrenzt. Die Leckageraumhülse 74 ist dabei in der
Schließrichtung 19 der ersten Düsennadel 8 vorgespannt. Dabei kommt die Leckageraumhülse 74 axial an einer zweiten Wand 75 des Düsenkörpers 2 zur Anlage, die den ersten Leckageraum 42 an einer den Spritzlöchern 5, 6 zugewandten Seite begrenzt. Auch die Leckageraumhülse 74 ist radial außen am ersten Antriebskolben 24 hubverstellbar gelagert. Die axiale Vorspannung der Leckageraumhülse 74 wird bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 durch dieselbe Vorspannfeder 30 erzielt, die auch die Vorspannung der Steuerraumhülse 29 bewirkt. Dementsprechend ist bei dieser Variante die Vorspannfeder 30 einerseits an der Steuerraumhülse 29 und andererseits an der Leckagehülse 74 abgestützt. Im Unterschied zu der Variante gemäß Fig. 1 sind hier die Vorspannkräfte der Hülsen 29, 74 konstant und insbesondere unabhängig von der Relativlage des ersten Antriebskolbens 24.
Auch die Leckageraumhülse 74 ist an ihrem in Vorspannrichtung, also hier in Schließrichtung 19, vorangehenden Ende 76 angespitzt, wobei auch hier eine Kegelform gewählt ist, die radial außen eine Fase 77 erzeugt. Das angespitzte Ende 76 bewirkt auch hier eine Zunahme der Anpreßkraft und somit der Dichtwirkung in der Kontaktzone zwischen Leckageraumhülse 74 und zweiter Wand 75. Die spezielle Ausbildung der Spitze 76 mittels der Fase 77 ermöglicht auch hier eine Bauweise, bei welcher die Zuführungsleitung 11 an der den Spritzlöchern 5, 6 zugewandten Seite des Hochdruckraumes 32 bezüglich der radialen Richtung relativ nahe am ersten Leckageraum 42 an den Hochdruckraum 32 herangeführt werden kann. Dementsprechend wird auch hier eine in radialer Richtung relativ kompakte Bauweise unterstützt.
Bei der Variante gemäß Fig. 2 ist die Leckageleitung 43 an den zweiten Leckageraum 56 angeschlossen, so dass der erste
Leckageraum 42 durch die Querbohrungen 57 und durch den zweiten Leckageraum 56 mit der Leckageleitung 43 verbunden ist.
Die Rückstellfeder 58 ist hier im zweiten Leckageraum 56 angeordnet und stützt sich anders als bei der Variante gemäß Fig. 1 einerseits am Führungszapfen 27, der zu diesem Zweck eine entsprechende Stufe 78 aufweist, und andererseits direkt an der ersten Düsennadel 8 ab. Dementsprechend dient die Rückstellfeder 58 hier zur Rückstellung der ersten Düsennadel 8 und nicht, wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1, zum Rückstellen der zweiten Düsennadel 15. Auf eine Feder zur Rückstellung der zweiten Düsennadel 15 kann hier verzichtet werden, da bei geschlossener erster Düsennadel 8 an der zweiten Druckstufe 44 kein Hydraulikdruck in Öffnungsrichtung 18 angreifen kann, so dass die Kräftebilanz an der zweiten Düsennadel 15 stets eine in Schließrichtung 19 wirksam resultierende Kraft hervorbringt, die zum Schließen der zweiten Düsennadel 15 ausreicht.
Die Einspritzdüse 1 gemäß der in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsform arbeitet im Hinblick auf das Öffnen und Schließen der Düsennadeln 8, 15 in der gleichen Weise wie die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform, so dass bezüglich der Funktionsweise auf das dort Gesagte verwiesen werden kann.