Einspritzdüse für Einspritzbrennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzdüse für Einspritzbrennkraftmaschinen, mit einer feder belasteten und entgegen der Federbelastung durch den Zuführungsdruck des Brennstoffes belasteten Dü sennadel, deren Öffnungshub durch den Zuführungs druck des Brennstoffes erfolgt. Es ist bekannt, Ein spritzdüsen dieser Art als sogenannte Drosselzapfen düsen auszubilden, bei welchen an der Düsennadel ein Zapfen angesetzt ist, welcher während des ersten Teiles des Hubes der Düsennadel den Einspritzquer- schnitt der Düse verringert und nur einen ringförmigen Einspritzkanal freigibt.
Durch eine derartige Aus bildung von Einspritzdüsen soll erreicht werden, dass die zu Beginn der Einspritzzeit in den Verbrennungs raum gelangende Brennstoffmenge möglichst klein gehalten wird, wodurch ein allmähliches Ansteigen des Verbrennungsdruckes bewirkt und ein harter Gang des Motors verhindert werden soll. Dieser Effekt wird bei den bekannten Einspritzdüsen dieser Art jedoch nicht erreicht. Bei geringem Öffnen der Dicht fläche der Düsennadel entsteht am Düsennadelsitz wegen des gedrosselten Einspritzquerschnittes ein Brennstoffdruck, der die Nadel zusätzlich beschleu nigt.
Bei den bekannten Einspritzdüsen dieser Art wurde dadurch die Düsennadel schnell aus der Dros selstellung in die völlig offene Stellung gehoben, so dass die Zeit, während welcher die gedrosselte Ein spritzung erfolgte, so weit herabgesetzt wurde, dass der Effekt des allmählichen Ansteigens des Verbren nungsdruckes und des weichlaufenden Motors nicht erreicht werden konnte. Man hat daher bereits vorge schlagen, die die Düsennadel belastende Feder derart steif auszubilden, dass ihre Kraftzunahme über dem Teilhub, den die Nadel bis zur Vergrösserung des Drosselspaltes vollführt, grösser wird als diejenige Kraft, welche die Nadel bei der Eröffnung zu be schleunigen versucht und wollte dadurch mindestens bei niederer Drehzahl die Zeit der gedrosselten Ein spritzung im Vergleich zur Zeit der vollen Einsprit zung erhöhen.
Auch damit konnte jedoch der er wünschte Erfolg nicht erreicht werden, da sich in der Praxis die Einstellung der Steifheit der Feder nicht so präzise durchführen liess und anderseits auch die Erhöhung der Steifheit der Feder, welche ja letzten Endes entsprechend dem Zuführungsdruck des Brenn stoffes gewählt sein muss, noch kein Mittel bildet, um tatsächlich die Zeitspanne der gedrosselten Einsprit zung zu erhöhen. Wenn die Federcharakteristik der die Düsennadel belastenden Feder im Sinne dieses Vorschlages steiler gewählt ist, so ist ein grösserer Kraftaufwand erforderlich, um die Düsennadel über haupt zu öffnen.
Sobald aber der Öffnungsdruck sich im Raum unterhalb der Düsennadel entwickelt hat, so wird dann bei grösserer Steifheit der Feder die Düsennadel durch die Massenkräfte schnell in ihre völlig geöffnete Stellung gerissen. Es wurde nun bereits vorgeschlagen, an Stelle von Drosselzapfen düsen gewöhnliche Einspritzdüsen zu verwenden und die Düsennadel durch stufenweise zur Wirkung ge langende Federn zu belasten. Dadurch wurde erreicht, dass die Düse zuerst in einer teilweise geöffneten Stel lung verbleibt, bis der Brennstoffdruck so weit an gestiegen ist, dass er die volle Öffnung der Düse bewirkt. In dieser teilweise geöffneten Stellung bildet sich nun aber kein scharfer Brennstoffstrahl aus.
Der Brennstoff wird daher im Verbrennungsraum nur ungenügend verteilt, wodurch die Verbrennung ver schlechtert wurde, und es tritt überdies noch der Nachteil auf, dass durch den Brennstoffaustritt aus der nur teilweise geöffneten Düse eine Verkokung der Düse begünstigt wird. Der angestrebte Effekt einer geregelten Voreinspritzung konnte hiebei nicht erzielt werden.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, diese Nach teile zu vermeiden und besteht darin, dass wenig stens zwei zur Belastung der Düsennadel bestimmte Federn vorgesehen sind, von welchen wenigstens eine erst nach einem Teil des vollen Öffnungshubes zur Wirkung gelangt, dass die Düse als Drosselzapfen düse ausgebildet ist und dass der Hub der Düsennadel, nach welchem die erst nach einem Teil des Öffnungs hubes zugeschaltete Feder zur Wirkung gelangt, klei ner bemessen ist als der Drosselhub der Düsennadel,
nach dessen Zurücklegung der Drosselzapfen aus der Drosselbohrung austaucht. Durch die Kombination der beiden an sich bekannten Merkmale der Ausbil dung der Düse als Drosselzapfendüse und der An ordnung einer stufenweise zur Wirkung gelangenden Federung können die Vorteile einer Drosselzapfen düse voll ausgenützt werden, ohne dass ihre Nachteile in Kauf genommen werden müssen.
Bei einer solchen Drosselzapfendüse bietet die abgestufte Federbela stung die Möglichkeit, die Düsennadel während einer kontrollierbaren Periode in der Drosselstellung zu halten und die Zeit der Voreinspritzung willkürlich festzulegen und während dieser Periode einen schar fen Brennstoffstrahl einzuspritzen, welcher eine gute Verbrennung gewährleistet und die Gefahr einer Verkokung der Düse ausschaltet.
Die Düsennadel beginnt ihren Öffnungshub, bevor noch der Zuführungsdruck des Brennstoffes, welcher unter der Nadel wirkt, allzu hoch gestiegen ist, so dass die Entwicklung eines zu hohen Öffnungsdruckes vermieden wird. Durch den stufenartigen Anstieg der dem Öffnungsdruck des Brennstoffes entgegenwirken den Schliesskraft der Nadel, bei einer Nadelstellung, bei welcher der volle Einspritzquerschnitt noch nicht freigegeben ist, wird eine dem Öffnungsdruck ent gegenwirkende Kraft geschaffen, welche verhindert, dass die Nadel durch die Massenkräfte sofort in die volle Öffnungsstellung gerissen wird.
Es werden so mit diese Massenkräfte von vornherein dadurch in niederen Grenzen gehalten, dass die Nadel bereits bei einem nicht allzu hohen Öffnungsdruck geöffnet wird, und es werden anderseits diese Massenkräfte durch den stufenartigen Anstieg des Kraft-Wegdiagramms der Federung abgefangen, bevor die Düsennadel den vol len Einspritzquerschnitt freigibt.
Die Anordnung kann hiebei so getroffen sein, dass beim Zuschalten der genannten Feder der Schliess druck der Nadel stufenartig zunimmt, wobei diese Druckstufe wenigstens halb so gross ist als der am Anfang der Stufe auf die Düsennadel wirkende Schliessdruck.
Eine solche Bemessung der Vorspan- nung der später zur Wirkung gelangenden Belastungs feder ermöglicht bei den üblichen Bauarten von Ein- spritzbrennkraftmaschinen bei üblichen Brennstoff drucken eine ausreichende Dauer der Voreinspritzung. Bei üblichen Einspritzsystemen bedeutet dies, dass die Düsennadel bei dem erforderlichen Mindestwert des Einspritzdruckes von ungefähr<B>100</B> bis 120 Atü öffnet, während erst nach einem Ansteigen des Zu führungsdruckes des Brennstoffes auf ungefähr 200 Atü die Düsennadel so weit geöffnet wird, dass der volle Einspritzquerschnitt freigegeben wird.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen schematisch erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine Düse. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Düsennadel- sitz nach Fig. 1 in grösserem Massstab.
Fig. 3 stellt das Kraft-Wegdiagramm der Düsen nadel dar.
Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform.
Fig.5 zeigt im Längsschnitt den die Führung der Düsennadel bildenden Teil einer Einspritzdüse nach Fig. 4.
Nach der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 ist die Düsennadel 2 im Düsenvorsatz 1 in üblicher Weise geführt. 3 ist der Anschluss der Brennstoff leitung, von welchem der Brennstoff über eine Boh rung 4, einen Ringkanal 5 und eine Bohrung 6 in einen Raum 7 unter der Düsennadel 2 gelangt. über eine Stelze 8 wirkt eine Feder 9 unter Vermittlung einer Kappe 10 auf die Düsennadel 2. Der im Raum 7 zur Wirkung gelangende Zuführungsdruck des Brennstoffes beaufschlagt das untere Ende der Dü sennadel bzw. die konische Ringfläche 11 derselben. Der beaufschlagte Querschnitt ist der Querschnitt F der Düsennadel 2 abzüglich des Querschnittes f, wel cher durch den konischen Sitz 12 der Düsennadel abgedeckt ist.
Sobald nun der Öffnungsdruck im Raum 7 überwiegt, wird die Düsennadel 2 angehoben, wobei die Feder 9 zusammengedrückt wird. Solange der Drosselzapfen 13 in die Bohrung 14 eintaucht, ist der Brennstoffaustritt aus der Düse gedrosselt, und es gelangt daher während dieses Zeitraumes nur eine kleine Menge Brennstoff in den Zylinder des Motors. Erst wenn der Drosselzapfen 13 aus der Bohrung 14 austritt, wird der volle Öffnungsquerschnitt frei gegeben, welcher in diesem Falle auch noch ein Ring querschnitt ist, dessen Kern durch den abgesetzten Zapfen 15 begrenzt ist.
Sobald nun der Sitz 12 der Düsennadel geöffnet wird, wird wegen der Drosselung im Ringspalt zwi schen dem Drosselzapfen 13 und der Bohrung 14 der Ventilsitz 12 zusätzlich von unten beaufschlagt. Es tritt somit ein stufenartiger Anstieg des auf die Dü sennadel 2 von unten wirkenden Öffnungsdruckes auf, und es wirken, abgesehen davon, noch die Massen kräfte der Düsennadel im Sinne des Öffnungshubes, so dass nun bei den bekannten Anordnungen die Düsennadel sehr schnell in die volle Öffnungsstellung gerissen wird, in welcher sie den vollen Einspritzquer- schnitt (Ringquerschnitt zwischen der Bohrung 14 und dem abgesetzten Zapfen 15) freigibt.
Um nun die Zeitspanne der Einspritzung wäh rend des Drosselhubes, das ist die Zeitspanne der durch den in die Bohrung 14 eintauchenden Drossel zapfen 13 gedrosselten Einspritzung, zu regeln bzw. zu vergrössern, ist nun eine zweite vorgespannte Feder 16 vorgesehen, welche auf einen Federteller 17 wirkt. Zwischen dem Federteller 17 und dem Flansch 18 der Kappe 10 ist ein Spalt 19 vorgesehen, so dass die Feder 16 erst zur Wirkung gelangt, wenn die Nadel einen Hub entsprechend der Grösse des Spaltes 19 ausgeführt hat.
In dieser Stellung wird dann die Nadel gehalten und erst, wenn der Öffnungsdruck im Raum 7 so weit steigt, dass er nun auch die Kraft der zugeschalteten Feder 16 überwinden kann, wird die Nadel 2 in die volle Öffnungsstellung ge hoben, in welcher der Drosselzapfen 13 aus der Bohrung 14 austritt.
Das Kraft-Wegdiagramm ist in Fig.3 darge stellt. Auf der Ordinate ist die Federkraft P und auf der Abszisse der Öffnungshub der Düsennadel s eingetragen. s' ist der Nadelhub, bei welchem der Drosselzapfen 13 aus der Bohrung 14 austritt und somit der volle Einspritzquerschnitt freigegeben wird. s" ist der Endhub der Nadel, bei welchem der volle Einspritzquerschnitt bereits freigegeben ist.
Bei Überwindung des Federdruckes P1 beginnt die Nadel zu öffnen. Im Nadelhub s"' vor Erreichung des Nadelhubes s', bei welchem der volle Einspritz- querschnitt freigegeben wird, schaltet sich nun die Feder 16 zu. Die Schliesskraft der Nadel steigt stufen artig vom Punkt P, bis zum Punkt P3 an, und erst nach Überwindung des Druckes P3 kann nun die Düsennadel 2 völlig öffnen.
Durch entsprechende Vorspannung der Feder 16 ist die Stufe P, 3-P2 so gross gewählt, dass sie zumindest der Hälfte der Kraft P# entspricht, welche vor der Stufe auftritt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 sind die Belastungsfedern der Düsennadel, wie es bei Einspritzdüsen üblich ist, im obern Teil der Düse angeordnet und wirken über eine Stelze auf die Düsen nadel. Dieser obere Teil der Düse ist durch eine dichte Verschraubung bzw. durch eine überwurf- mutter mit dem die Führung der Düsennadel bilden den Teil verbunden.
Wenn nun in der für die Be lastungsfedern einer Einspritzdüse üblichen Weise die zugeschaltete Feder im oberen Teil der Düse angeord net ist, so wirken sich die Toleranzen des die Führung der Düsennadel bildenden Teiles, des oberen Teiles der Düse, der Düsennadel selbst und der Stelze auf die Einstellung des Hubteiles, nach welchem die zu geschaltete Feder zur Wirkung gelangen soll, aus, und es ist daher eine Korrektur dieser Einstellung er forderlich, wozu noch kommt, dass die präzise Ein stellung desjenigen Hubteiles, nach welchem die zu geschaltete Feder zur Wirkung gelangen soll, durch eine Demontage der Düse bei einer Reinigung oder Reparatur beeinträchtigt wird.
Um diese Nachteile auszuschalten, kann, wie Fig. 4 und 5 zeigen, die Ausbildung so getroffen wer den, dass die zuzuschaltende Feder an der Düsen nadel selbst angreift und der den Entspannungshub der zugeschalteten Feder begrenzende Anschlag an dem die Führung der Düsennadel bildenden Teil der Einspritzdüse vorgesehen ist. Auf diese Weise müssen nun nur die Länge der Düsennadel selbst und der die Führung der Düsennadel bildende Teil der Düse in ihren Toleranzen aufeinander abgestimmt werden, und es wird vor allem eine Summierung der Toleranz abmasse vermieden.
Es kann daher lediglich durch Toleranzkontrolle der Düsennadel und des die Füh rung der Düsennadel bildenden Teiles der Einspritz düse die richtige Einstellung des Hubes, nach welchem die zugeschaltete Feder zur Wirkung gelangt, getroffen werden, und diese Einstellung bleibt auch bei der Demontage der Düse stets unverändert aufrechter halten. Hiebei kann die Anschlussfläche des die Füh rung der Düsennadel bildenden Teiles der Einspritz düse an den oberen Teil derselben den den Hub der zugeschalteten Feder begrenzenden Anschlag bilden.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 4 und 5 besteht die Düse in üblicher Weise aus dem die Füh rung für die Düsennadel bildenden Düsenvorsatz 1 und dem Düsenkörper 22, welche Teile durch eine Überwurfmutter 23 miteinander verbunden sind. Über eine Stelze 8 wird die Kraft einer Belastungsfeder 24, welche die Düsennadel 2 während ihres gesamten Hubes belastet, auf die Düsennadel übertragen. Der Drosselzapfen 13 am unteren Ende der Düsennadel 2 taucht in die Drosselbohrung 21 ein. Der Drossel hub, nach dessen Zurücklegung der Drosselzapfen 13 aus der Drosselbohrung 21 austaucht, ist mit a be zeichnet.
Im unteren Teil der Düse ist nun die zweite Feder 25 vorgesehen, welche über einen Federteller 26 auf eine Schulter 27 der Düsennadel 2 wirkt. In der tief sten Stellung der Düsennadel 2 ist der Federteller 26 _ gegen den die Führung der Düsennadel 2 bilden den Teil 1 der Einspritzdüse, und zwar gegen die obere Anschlussfläche 28, welche zum Anschluss an den Düsenkörper 22 dient, abgestützt. Erst nach einem Hub b setzt sich der Federteller 26 auf der Schulter 27 der Düsennadel 2 auf und überträgt auf diese Weise die Kraft der Feder 25 auf die Düsen nadel 2.
Die Feder 25 wird-somit erst nach einem Hub b als Belastungsfeder für die Düsennadel 2 zugeschaltet. Dieser Hub b ist kleiner als der gesamte Drosselhub a, so dass die Federbelastung der Düsennadel 2 stu fenartig ansteigt, bevor noch der Drosselzapfen 13 aus der Drosseldüse ausgetaucht ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Düsennadel 2 eine gewisse Zeitspanne in der Drosselstellung verbleibt, wenn nach Zurücklegung des Hubes b die Feder 25 zugeschaltet wird.
Dadurch, dass nun der Federteller 26 unmittel bar gegen den die Führung der Düsennadel 2 bilden den Teil 1 abgestützt ist, müssen lediglich die To leranzen in der Länge der Düsennadel 2 und in der Länge des die Führung für die Düsennadel bilden den Teiles 1 präzise eingehalten werden, um den Hub b zu gewährleisten.
Wenn hingegen der den Hub der zugeschalteten Feder 25 begrenzende Anschlag am oberen Teil des Düsenkörpers 22 vorgesehen wäre und die Feder 25 in der bei Belastungsfedern für Brennstoffeinspritzdüsen üblichen Art auf die Stelze 8 wirken würde, so müssten für die Gewährleistung des Hubes b auch die Toleranzen für die Länge der Stelze 8 und für die Länge des Düsenkörpers 22 prä- zise eingehalten werden, und zwar noch präziser als dies bei der vorliegenden Ausführungsform für die Länge der Düsennadel 2 und des die Führung der Düsennadel bildenden Teiles 1 erforderlich ist, da sich die Toleranzen addieren.
Durch die Summierung der Toleranzen können sich unzulässig hohe Ab weichungen vom Sollmass ergeben, und diese müssen, wenn der den Hub der zugeschalteten Feder 25 be grenzende Anschlag im oberen Teil des Düsen körpers 22 vorgesehen ist, bei der Montage ausge glichen werden, was bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 durch Einbau eines die Lage dieses Anschlages bestimmenden Zwischenringes von abge stuften Stärken erfolgt. Bei der Ausbildung nach den Fig. 4 und 5 hingegen ist nun die genaue Einhaltung des Hubes b von der Montage unabhängig.
Da nun der den Entspannungshub der zuzu- schaltenden Feder begrenzende Anschlag am unteren Teil der Düse, das heisst an dem die Führung der Düsennadel bildenden Teil, vorgesehen ist, bietet dort die Anordnung eines Anschlages für den Gesamthub der Düsennadel Schwierigkeiten. Der den Gesamt hub der Düsennadel begrenzende Anschlag ist daher im oberen Teil der Düse vorgesehen und wirkt mit der Stelze zusammen. Dieser Anschlag ist von einer gleichachsig mit der Stelze 8 angeordneten Stell schraube 29 gebildet, welche mit dem oberen Ende der Düsennadel bzw. mit dem dieses fassenden Feder teller 30 zusammenwirkt.
Auf diese Weise wird auch die Möglichkeit geboten, den den Gesamthub der Düsennadel begrenzenden Anschlag einstellbar zu machen und als Stellschraube auszubilden. Das von einem Vierkantkopf 31 gebildete Verstellorgan der Stellschraube 29 liegt am oberen Ende der Einspritz düse frei und ist daher leicht zugänglich. Durch eine Gegenmutter 32 ist die Stellschraube 29 in ihrer Ein stellage gesichert. Da nun am oberen Ende der Ein spritzdüse nicht mehr die Möglichkeit für den An schluss der Leckölleitung gegeben ist, ist dieser An schluss 33 seitlich vorgesehen.