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Kraftstoffeinsprit7.düse für Einsprit7brennkraftmaschinen
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Die Erfindung.bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzdüse für Einspritzbrennkraftmaschinen
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Aus der DE-OS 23 O1 679 ist es beispielsweise bekannt, eine Kraftstoffeinspritzdüse
so zu gestalten, daß die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffes zunächst langsam
ansteigt und in der darauf folgenden Phase erst die Hauptmenge abgespritzt wird,
wogegen der Schließvorgang in kürzester Zeit erfolgt.
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Mit einem derartigen Verlauf des Abspritzvorganges sollen die schädlichen
Bestandteile im Abgas vermindert werden. Zu diesem Zweck ist eine besondere Steuernadel
vorgesehen, die koaxial zur Düsennadel angeordnet ist und über einen Entlastungskanal
eine zeitweilige Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Leckflüssigkeitsraum
herstellt. Diese Konstruktion weist jedoch ein verhältnismäßig großes Schadvolumen
auf, welches eine Elastizitätswirkung zur Folge hat, die wiederum dazu führt, daß
der Aufbau des Spitzendruckes und gleichzeitig das Mitteldruckverhalten beeinträchtigt
werden kann. Auch beim Schließvorgang kann aufgrund des Kraftstoffvolumens, das
zu einem großen Teil ständig über die Zwischenräume zu verdrängen ist, eine unerwünschte
Verzögerung eintreten, so daß die Kraftstoffeinspritzdüse zu einer schlechten Strahlaufbereitung
und zum Nachtröpfeln neigt. Ein weiterer Nachteil besteht schließlich in der verhältnismäßig
aufwendigen und viel Raum erfordernden.Rauweise dieser Kraftstoffeinspritzdüse.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgeführten Nachteile
zu vermeiden und eine Kraftstoffeinspritzdüse nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 zu schaffen, die einen verzögerten Öffnungsvorgang und einen beschleunigten Schließvorgang
aufweist, die aber einfach aufgebaut ist.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruches
1 gelöst.
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Durch den erf5ndungsgemäßen Vorschlag, bei dem ein in der Düsennadel
ange<>rdneter EntI'istungkanal mit einem im Diisenkörper mIindenden Leckkanal
zusammenwirkt, um eine geöffnete und in den beiden Endstellungen der Düsennadel
geschlossene Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Leckflüssigkeitsraum herzijsteilen,
wird im Gegensatz zu der bekannten Ausführung ohne zusätzliche und aufwendige Teile
ein verhältnismäßig einfacher Aufbau erreicht, dessen Schadvolumen beträchtlich
vermindert werden kann. Wird die Kraftstoffeinspritzdüse von Kraftstoff beaufschlagt,
bleibt diese Verbindung bei Beginn des Öffnungsvorganges zunächst geschlossen. Wenn
die Düsennadel unter dem Druck des zugeführten Kraftstoffes daggen weiter abhebt,
wird diese Verbindung vorübergehend wirksam, wodurch unter Druck stehender Kraftstoff
teilweise abströmen kann und infolgedessen das weitere Offnen der Düsennadel verlangsamt
bzw. der Öffnungsvorgang verzögert wird. Dieser verlangsamte Öffnungsvorgang führt
zu einer für den Verbrennungsablauf günstigen weichen Verbrennung des Kraftstoffes.
Vor dem Erreichen der ganz geöffneten Endstellung der Düsennadel wird die Verbindung
wieder geschlossen, so daß der Kraftstoff mit vollem Druck abgespritzt wird. Nach
Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr kommt beim Schließvorgang der Düsennadel wieder
eine vorübergehende Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Leckflüssigkeitsraum
zustande, über welche die im Druckraum des Kraftstoffeinspritzventils befindliche
verhältnismäßig geringe Kraftstoffmenge verdrängt werden kann bzw. der Druckabbau
beschleunigt wird. Aus diesem Grund erreicht die Düsennadel sehr rasch ihre geschlossene
Endstellung, so daß der Abspritzvorgang unter Vermeidung des die schädlichen Bestandteile
im Abgas verschlechternden Nachtröpfelns schnell abgebrochen wird. La in der geschlossenen
Endstellung der Düsennadel auch die Verbindung zum Leckkanal geschlossen ist, steht
die Düsennadel wieder für eine volle Beaufschlagung des folgenden Einspritzvorganges
bereit.
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Eine exakte Steuerung der Verbindung zwischen der Druckkammer und
dem Leckflüssigkeitsraum kann dadurch erreicht wer-{den, daß an der MündungWdes
Leckkanals ein Ringkanal vorgesehen ist, und daß sowohl der Ringkanal als auch die
Druckkammer je eine von einer Stirnseite und der Bohrung im Düsenkörper gebildete
und mit dem Entlastungskanal zusammenwirkende Steuerkante aufweist.
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Die Anordilung des Entlastzmgskanals, über den die von der Bewegung
der Düsennadel gesteuerte Verbindung zwischen der Druckkammer und dem Leckflüssigkeitsraum
herstellbar ist, kann dadurch einfach gestaltet werden, daß der Entlastungskanal
schräg durch den Schaft der Düsennadel verläuft. Es ist aber auch möglich, daß der
Entlastungskanal von einer am Schaft der Düsennadel angeordneten Nut gebildet ist.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann der Entlasttuigskanal
auch von einer schräg auf dem Schaft der Düsennadel angeordneten Ringnut gebildet
sein.
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Um bei der Anordnung von mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen den Öffnungs-
und den Schließvorgang untereinander abstimmen und somit die von eventuellen Fertigungstoleranzen
herrührenden Ungenauigkeiten überbrücken zu können, kann der Leckkanal eine verstellbare
Drosselstelle aufweisen.
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Im Leckkanal kann aber auch ein den Leckkanal beim Öffnungsvorgang
der Düsennadel in einem über der mittleren Last liegenden Betriebszustard absperrendes
und beim Schließvorgang der Düsennadel freigebendes Ventil angeordnet sein. Durch
dieses Ventil kann der Druckaufbau zeitweilig verkürzt und hierdurch auch der Offnungsvorgang
beschleunigt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Kraftstoffeinspritzdüse
bei einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung Anwendung findet, bei der mit
einer kuzen Einspritzzeit ein besseres Mitteldruckverhalten erreicht werden kann.
Das zu diesem Zweck
vorgesehene Ventil kann in Abhängigkeit der
Laststellung der Brennkraftmaschine elektromagnetisch betätigbar sein.
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,Selbstverstbndlich kann dieses Ventil auch auf andere be-Kanne Weise,
wie z. B. hydraulisch betätigt werden.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden im folgenden
unter Bczugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele
der Erfindung im Prinzip dargestellt - nd. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch
eine teilweise dargestellte Kraftstoffeinspritzdüse, Fig. 2 eine Teilansicht der
Kraftstoffeinspritzdüse aus Fig. 1 in einer veränderten Betriebsstellung, Fig. 3
eine Teilansicht ähnlich Fig. 2 iiit einer abermals veränderten Betriebsstellung,
Fig. 4 einen Längs schnitt durch eine Kraftstoffeinspritzdüse ähnlich Fig. 1 bis
3 in einer zweiten Ausführungsform und mit an dem Leckkanal angeschlossenen Bauteilen,
und Fig. 5 eine Teilansicht ähnlich Fig. 1 bis 3 in einer dritten Ausführungsform
und mit einem anderen angeschlossenen Bauteil.
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Die in Fig. 1 vereinfacht dargestellte Kraftstoffeinspritzdüse, bei
welcher nur der Teil gezeigt ist, der für die Erfindung von Bedeutung ist, weist
einen Düsenkörper 1 auf, in welchem in einer Bohrung 2 eine Düsennadel 3 mit ihrem
Schaft 4 axial verschiebbar geführt ist. Im Düsenkörper 1 ist eine Druckkammer 5
angeordnet, welche die Düsennadel 3 an ihrem unteren Ende umgibt und die über einen
Kraftstoffzufuhrkanal 6 an eine nicht dargestellte Kraftstoffeinspritzpumpe angeschlossen
ist.
An die Druckkammer 5 schließt sich - in der Zeichnung nach unten - ein Nadelsitz
7 mit beispielsweise einer von diesem ausgehenden Düsenbohrung 8 an, gegen den die
Düsennadel 3 mit ihrem Schließkegel 9 von einer nur teilweise dargestellten Druckfeder
10 gedrückt wird. Die Druckfeder 10 ist in einem Leckflüssigkeitsraum 11 angeordnet,
von dem ein Leckkanal 12 ausgeht. Dieser Leckkanal 12 mündet beispielsweise in einem
Ringkanal 13, der zwischen der Druckkammer 5 und dem Leckflüssigkeitsraum ii im
Düsenkörper 1 angeordnet ist und den Schaft 4 der Düsennadel 3 umgibt. Im Schaft
4 der Düsennadel 3 ist ein Entlastungskanal 14 angeordnet, der schräg durch die
Düsennadel 3 verläuft.
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Über den Entlastimgskanal 14 ist eine Verbindung zwischen der Druckkammer
5 und dem Leckkanal 12 bzw. dem Leekflüssigkeitsraum 11 herstellbar, die je nach
Stellung der Düsennadel 3 abgesperrt oder freigegeben ist. Für eine genaue Steuerung
dieser Verbindung bildet die dem Ringkanal 13 zugewandte Stirnseite 15 der Druckkammer
5 und die der Druckkammer 5 zugewandte Stirnseite 16 des Ringkanals 13 je eine Steuerkante,
welche bei axialer Verschiebung der Düsennadel 3 mit dem Entlastungskanal 14 zusammenwirken.
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In der gezeigten ersten, unteren Endstellung der Düsennadel 3, in
der die Düsenbohrung 8 geschlossen ist, ist der schräg verlaufende Entlastungskanal
14 an seiner unteren mit der -Stirnseite 15 zusammenwirkenden Öffnung 17 mit der
Druckkammer 5 verbunden, aber an seiner oberen Offnung 18 von der Wandung der Bohrung
2 abgedeckt. Die Verbindung zwischen der Druckkammer 5 und dem Leckkanal 12 ist
demnach abgesperrt.
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Aus Fig. 2 geht hervor, daß bei Beaufschlagung durch unter Druck über
den Zufuhrkanal 6 in die Druckkammer 5 zugeführten Kraftstoff die Düsennadel 3 entgegen
der Kraft der in dieser Zeichnung nicht dargestellten Feder 10 aus der ersten Endstellung
nach innen - in der Zeichnung nach oben - von dem Nadelsitz 7 abgehoben und zunächst
die Düsenbohrung 8 geöffnet wird. Nach dem Öffnen der Düsenbohrung 8 und Beginn
des
Einspritzvorganges tritt während des Öffnungsvorganges und weiterem Abheben der
Düsennadel 3 auch die Öffnung 18 des Entlastungskanal 14 an der Stirnseite 16 aus
der Bohrung '3 heraus, sodaß die Verbindung zwischen der Druckkammer 5 und dem Leckkanal
12 - wie dargestellt - freigegeben ist.
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Das bedeutet, daß der Kraftstoff in dieser Bewegungsphase der Düsennadel
3 sowohl über die Düsenbohrung 8 abgespritzt als auch über die noch nicht abgesteuerte
Öffnung 17 der Entlastungsbohrung 14, den Ringkanal 13 und den Leckkanal 12 in den
in diek r Zeichnung nicht dargestellten Leckflüssigkeitsraum 11 abströmen kann,
so daß die Öffnungsbewegung der Düsennadel 3 vcrlangsamt wird. Dieser verzögerte
Offnungsvorgang wirkt sich besonders vorteilhaft auf den Verbrennungsablauf aus.
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In Fig. 3 ist die zweite, obereEndstellung gezeigt, in der die Düsennadel
3 vollständig vom Nadelsitz 7 abgehoben hat.
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In dieser Endstellung ist der schräg verlaufende Entlastungskanal
14 an seiner unteren mit der Stirnseite 15 zusammenwirkenden Öffnung 17 von der
Wandung der Bohrung 2 abgedeckt, während die obere mit der Stirnseite 16 zusammenwirkende
Öffnung 18 aufgesteuert ist. Da die Verbindung zwischen der Druckkammer 5 und dem
Leckkanal 12 somit abgesperrt ist, wird der zugeführte Kraftstoff mit vollem Druck
ausschließlich über die Düsenbohrung 8 abgespritzt.
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Sobald die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird, drückt die nicht gezeigte
Feder 10 die Düsennadel 3 nach unten in Richtung auf den Nadelsitz 7 zurück. Während
dieses Schließvorganges kommt über den Entlastungskanal 14 erneut eine vorübergehende
Verbindung zustande - wie dies in Fig.- 2 gezeigt ist. Über diese Verbindung kann
im Druckraum 5 befindlicher Kraftstoff abströmen bzw. verdrängt werden, so daß der
noch herrschende Kraftstoffdruck zumindest teilweise abgebaut wird. Dies hat zur
Folge, daß die Düsennadel 3 sehr schnell
mit ihrem Schließkegel
9 auf dem Nadelsitz zur Anlage gelangt und wieder die untere erstc, in Fig. 1 dargestellte
Endstellung erreicht ist, in welcher die Düsenbohrung 8 geschlossen ist. Durch diesen
verkürzten Schließvorgang wird ein Nachtröpfeln von Kraftstoff aus der Düsenbohrung
8 vermieden, so daß sich die schädlichen Bestandteile im Abgas vermindern.
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Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind für gleiche und
gleichartige Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bis 3 verwendet worden.
Abweichend von der vorgenannten Ausführung ist der Entlastungskanal von einer an
der Außenfläche des Schaftes 4' der Düsennadel 3' angeordneten Nut 19 gebildet.
Die Länge der Nut 19 ist so bemessen, daß sowohl bei dem Öffnungs- als auch dem
Schließvorgang der Düsennadel 3' in Zusammenwirkung mit den Stirnseiten 15 und 16
eine vorübergehende Verbindung zwischen dem Druckraum 5 und dem vereinfacht dargestellten
Leckkanal 12 hergestellt wird, wobei die gleiche Wirkung eintritt wie dies bei der
Ausführung nach Fig. 1 bis Fig. 3 beschrieben ist. In dem Leckkanal 12 ist bei diesem
Ausführungsbeispiel außerdem eine von einer verstellbaren Schraube 20 gebildete
Drosselstelle angeordnet, mittels welcher der Querschnitt des Leckkanals 12 geringfügig
verhindert werden kann. Diese Verstellmöglichkeit t bei Brennkraftmaschinen mit
mehreren Kraftstoffeinspritzdiisen den Vorteil, daß die Öffnung und die Schließcharakteristik
der einzelnen Kraftstoffeinspritzdiisen besser untereinander abgestimmt werden kann.
Wenn der Durchlaufquerschnitt ermittelt worden ist, kann der Querschnitt des Leckkanals
12 aber auch von einer von einem Einsatz gebildeten Drosselstelle festgelegt werden.
Anstelle einer Nut 19 kann bei dieser Ausführung als Entlastungskanal auch eine
quer über den Schaft 4' verlaufende ebene Fläche vorgesehen scin.
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Wie aus Fig. 5 hervorgeht, in der ebenfalls für gleiche und gleichartige
Teile die gleichen Bezugszeichen verwende@ worden sind wie in Fig. 1 bis 3, wird
der Entlastungskanal von einer Ringnut 21 gebildet die schräg; verlaufend auf dem
Schaft I ' ' der Düsennadel 3' ' angeordnet ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
hat die Ringnut 21 die gleiche Funktion wie dies fiir den Entlastungskanal 14 in
den Fig. 1 bis 3 geschildert ist. Bei dieser Ausführung ist im vereinfacht da@@estellten
Leckkanal 12 ein Ventil 22 angeordnet, welches normalerweise geöffnet i st, aber
von einem Elektormagneten 23 geschlossen werden kann, wenn sich die Brennkraftmaschine
in einem über der mittleren Last liegenden Betriebszustand befindet. Zu diesem Zweck
sind im Stromkreis 26 des Elektromagneten 23 ein Schalter 24 und ein Schalter 25
hintereinander angeordnet. Der Schalter 24 wird in Abhängigkeit der Nockenwellen-Umdrehung
betätigt und ist in dem gleichen Zeitraum geschlossen, in welchem die Kraftstoffeinspritzdiise
von Kraftstoff beaufschlagt wird. Der Schalter 25 wird beispielsweise in Abhängigkeit
der Stellung des nicht näher dargestellten Gaspedals oder des Reglers der Kraftstoffeinspritzpumpe
derart betätigt, daß dieser in einem über der mittleren Last liegenden Betriebszustand
geschlossen ist.
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In der dargestellten Lage arbeitet die Kraftstoffeinspritzdüse nach
Fig. 5 wie bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen mit verzögertem Öffnungsvorgang
und beschleunigtem Schließvorgang. S@@ald die Brennkraftmaschine aber in einem Betriebszustand
betrieben wird, der über der mittleren Last liegt, wird also der Schalter 25 geschlossen,
so daß der Stromkreis 26 des Elektromagneten 23 und damit das Ventil 22 immer dann
geschlossen ist, wenn auch der periodisch betätigte Schalter 24 geschlossen ist.
Da in diesem Fall beim Öffnungsvorgang der Düsennadel 3'' kein Kraftstoff über den
Leckkanal 12 in deri schematisch dargestellten Leckflüssigkeitsraum 11 abströmen
kann, wird der Druckaufbau im Druckraum 5 verkürzt
und somit der
Öffnungsvorgang beschleunigt. Dies hat zur Folge, daß in diesem Betriebszustand
ein besseres Mittel-,druckverhalten erreichbar ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, daß die vorgeschlagenen Entlastungskanäle
im Prinzip auch bei jeder andern Art von Kraftstoffeinspritzdüsen Anwendung fihden
können, bei denen die Düsennadel nach innen abhebt. Im Rahmen, der Erfindung kann
auch die periodische Betätigung des Ventils 22 - wie in Fig. 5 beispielsweise beschrieben
ist - auf andere bekannte Weise verwirklicht werden.