DE3804368C2 - Einspritzpumpe und Einspritzdüse zu einer Baueinheit zusammengefaßt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzpumpe mit Einspritzdüse für Brennstoffkraftmaschinen, bei welcher ein von einer Nockenwelle über ein Druckstück angetriebener Pumpenkolben in einer Sackbohrung eines Gehäuses geführt wird und die mit der Einspritzdüse zu einer Einheit vereinigt ist, wobei der Pumpenkolben zur Einstellung der Einspritzmenge mittels einer Mengenverstelleinrichtung regulierbar ist und wobei in einer zentralen Bohrung der Einspritzdüse eine am entgegengesetzten Ende eines Düsenmundes mit einer Feder belasteten beginnenden, am Düsenmund im Querschnitt breiter werdenden und diesen im wesentlichen formschlüssig und dichtend abschließenden Düsennadel angeordnet ist.

Die heutige Einspritztechnik für Dieselmotoren basiert fast immer auf der Trennung von Einspritzdüsenhaltern, Einspritzleitungen, Einspritzpumpe mit Regler und einem Spritzversteller.

Nachteile dieser Konstruktionen liegen

• - in der teuren Herstellung von 5 verschiedenen Baugruppen,
• - in der Bauweise des Elementes oder Einspritzpumpenkolbens mit oben oder unten liegender Steuerkante,
• - das Spitzendrücke bis zu 1000 bar leisten muß,
• - in der gegensätzlichen Flußrichtung des Kraftstoffes oberhalb des Elementes beim Absteuern der gewünschten Kraftstoffmenge, die oberhalb des Elementes über die Steuerkante wieder in den Zulauf zurück muß,
• - in dem Vorhub, der zum Füllen des Elementes notwendig ist,
• - in dem Druck-Entlastungsventil, das eine ca. 30% Entlastung der Einspritzleitung und der Einspritzdüse bewirkt. Diese 30% gehen zurück in das Element,
• - in der Einspritzleitung, die wie ein Membran unter den Drücken sich dehnt und wieder zusammenzieht, teilweise mit einer Drossel versehen, was zur Beeinflussung der geförderten Kraftstoffmenge bei hoher Drehzahl führt,
• - in den Düsenhaltern, die abgesehen vom Schiffbau nicht gekühlt werden,
• - in dem entstehenden Druckabfall der Einspritzdüse, der zu erhöhter Kraftstoffeinspritzung führt. Die Rauchgrenze wird dabei überschritten,
• - in dem Spritzversteller, der drehzahlabhängig nur voreilen kann.

Aus der GB 21 05 406 A ist bereits eine Einspritzpumpe bekannt geworden, die mit der Einspritzdüse zu einer Baueinheit vereinigt wurde. Jedoch konnten die anderen Probleme, die bei mehrteiligen Vorrichtungen aufgezählt wurden, nicht beseitigt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Einspritzdüse, die mit einer Einspritzpumpe zu einer Baueinheit vereinigt ist, zu schaffen, die den Anforderungen von fast allen Brennkraftmaschinen in bezug auf Verbrennung, mit einem niedrigen Einspritzdruck, gerecht wird, wobei die Baueinheit verschleißarm sein soll und wobei die Kosten für die Herstellung gegenüber bisherigen Einspritzausrüstungen wesentlich geringer liegen soll. Desweiteren soll die Baugröße kleiner sein als bisherige Konstruktionen, und die Ansprüche der Abgasemissionen sollten erfüllt werden.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Hierzu wird die Einspritzpumpe und Einspritzdüse zu einer Baueinheit zusammengefaßt, gekennzeichnet durch folgende Besonderheiten.

Die Einspritzpumpe und die Einspritzdüse zu einer Baueinheit zusammengefaßt, wird von hier an Injektor genannt.

Der Injektor wird in Nullstellung des Pumpenkolbens permanent vom unter ca. 2 bar stehenden Kraftstoff im Kraftstoffzulauf, dem Kraftstoffraum und der Kraftstoffrücklaufbohrung durchflossen und verhindert jede Blasenbildung.

Der Injektor wird permanent von Kühlflüssigkeit gekühlt, so daß der Injektor nicht wärmer als die Kühlflüssigkeit wird.

Die Einspritzmenge wird durch den veränderbaren Hub des Vollkolbens bestimmt.

Der Hub beginnt aus der Nullstellung mit dem Leerhub, der bis zum Schließen der Kraftstoffrücklaufbohrung dauert.

Daran schließt sich der Förderhub an, der das Rückschlagventil schließt.

Danach kommt es zum Einspritzbeginn am Kraftstoffdichtkonus in den Verbrennungsraum, der so lange anhält, wie der veränderbare Hub andauert. Dies nennt man das Einspritzende.

Bei vollem Hub liegt der Einspritzbeginn ca. 10° vor dem Einspritzende, siehe Fig. 6. Bei Teillast ca. 5° und bei Nullast fallen Einspritzbeginn und Einspritzende zusammen. Der Hub reicht zu keiner Förderung von Kraftstoff aus.

Frühere oder spätere Förderung werden durch Verlagerung des Schlepphebels, des Nockenhebels oder des Keilhebels nach rechts oder links erreicht. Hierbei tritt bei der Früh- und Spätverstellung der Fehler einer veränderten Hubgröße auf. Sie wird über den Rechner ausgeglichen, wie auch die Stellung der Früh- und Späteinspritzung über einen Stellmotor und Rechner bestimmt wird.

Die Einspritzdüse hat einen negtiven Winkel am Kraftstoffdichtkonus oder an der Düsennadel. Die Düsennadel wird durch eine Rückzugsfeder mit 5-10 bar geschlossen gehalten. Die Düsennadel ist für den Kraftstofffluß hohl. Die Einspritzdüse dichtet durch die Federkraft der Rückzugsfeder mit ca. 5-10 bar und durch die Kompression und den Verbrennungsdruck, der den Kraftstoffdichtkonus beaufschlagt. Der Abspritzdruck der Düse besteht danach aus dem Verdichtungs- oder auch aus dem Verbrennungsdruck des Motors, plus dem statischen Schließdruck von 5-10 bar der Düse, so daß maximal ein Abspritzdruck von 120 bar entsteht. Dieses ist dann ein Injektor mit Niederdruck. Da der Injektor von oben vom Nocken beaufschlagt wird, darf diese Aufschlagskraft nicht auf die Zylinderkopfbohrung übertragen werden, die für den Kraftstoffaustritt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand nachstehender Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht des Injektors mit Darstellung des Kühlsystems,

Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht des Injektors mit Darstellung des Kraftstoffflusses,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Nockenhebels mit einer Rolle,

Fig. 4 und 5 Seitenansichten eines Keilhebels mit einer Rolle,

Fig. 6 ein Diagramm der Spritzverstellkurven, und

Fig. 7, 7a, 7b, 7c, 7d und 8 jeweils eine Ausführungsform des Injektordüsenbereiches.

Der Injektor, wie in der Zeichnung 1 dargestellt, zeigt in der Vorderansicht Fig. 1 deutlich den Kühlmittelverlauf 9, und in der Seitenansicht Fig. 2 den Kraftstoffverlauf 10, 12, 13 und 14. Kühlmittel und Kraftsoff durchspülen permanent den Injektor bei Null-Stellung und sorgen für Kühlung.

Die Null-Stellung ist, wenn der Nocken der Nockenwelle 1 während der Umdrehung nicht den Schlepphebel 2A, den Nockenhebel 2B oder den Keilhebel berührt 2C.

Die Justierung der Nullstellung wird durch die Führungshülse 7 bestimmt, so daß ein Leerhub von 0,3 bis 0,5 mm entsteht, bis der Pumpenkolben 8 die Kraftstoffrücklaufbohrung 13 geschlossen hat. Dieser Leerhub ist unveränderbar im Injektor.

Der durchspülende Kraftstoff steht unter einem Vordruck von ca. 2 bar. Dies ist erforderlich für die perfekte Füllung mit Kraftstoff und zur Verringerung der Gefahr einer Dampfblasenbildung im Kraftstoff. Dieser Druck kann selbstverständlich erhöht werden.

Die Kraftstoffrücklaufbohrung 13 ist im Kraftstoffverlauf als Drossel ausgebildet, d. h., wenn der Kraftstoffraum z. B. 1 mm ⌀ ist, so ist die Drossel nur 0,5 mm ⌀ in der Kraftstoffrücklaufbohrung, so daß sich ein Vordruck aufbauen kann.

Bei größerem Hub schließt sich an den Leerhub der Förderbeginn an, der das Rückschlagventil 11 schließt. Danach kommt es zum Einspritzbeginn, der die Düsennadel 16b der Einspritzdüse 16 öffnet.

Die Einspritzung dauert so lange, wie dann der Hub, bestimmt durch die Exzenterrolle 3A, den Nockenhebel 2B oder den Keilhebel 2C, anhält. Dieser Punkt ist dann das Förderende. Die zu fördernde Kraftstoffmenge wird durch den Durchmesser des Pumpenkolbens 8 und dem Hub bestimmt.

Der veränderbare Hub für den Kolben wird durch eine Exzenterrolle im Stößel und dem Schlepphebel dargestellt.

In Fig. 3 ist ein Nockenhebel 2B mit einer Rolle 3B, in Fig. 4 und 5 ist ein Keilhebel 2C mit einer Rolle 3B dargestellt. Exzenterrolle 3A, Nockenhebel 2B und Keilhebel 2C werden elektronisch über einen Stellmotor kontrolliert.

Die Dauer der Einspritzung über bestimmte Gradzahlen wird den Brennkraftmaschinen durch die Formgebung des Nockens 1 und der Hubgröße in Verbindung mit dem Pumpenkolben festgelegt, d. h. ein steiler Nocken mit großem Kolben hat eine kurze Einspritzdauer, wobei der gesamte Hub nicht ausgenutzt sein muß. Ein weicher Nocken mit kleinem Durchmesser des Kolbens führt zu einer Einspritzdauer, die lang sein kann, d. h. über 20 bis 35° Kurbelwellengrade.

Da kurze Einspritzzeiten im heutigen Dieselmotorenbau gefordert sind, wird für Dieselmotoren mit einer steilen Nockenwelle und großem Kolben des Injektors gearbeitet worden. Dabei liegt das Einspritzende immer zur gleichen Gradzahl der Kurbelwelle an und jede Mehrmenge des geförderten Kraftstoffes liegt vor diesem Punkt an der Kurbelwelle. Dies verlangt eine Veränderung des Einspritzzeitpunktes, der jeder Teilmenge und jeder Drehzahl gerecht wird. Dies ist möglich durch die Vor- und Nachverlegung des Schlepphebels 2A, des Nockenhebels 2B oder des Keilhebels 2C zum Einspritznocken 1. Dabei tritt gleichzeitig eine Veränderung der Kraftstoffmenge auf, die korrigiert werden muß und durch Nachregeln der Einspritzmenge erfolgt.

Die Charakteristik des Injektors entspricht somit einer Bosch-Einspritzpumpe mit oben liegender Steuerkante. Die Vorverlegung oder die Zurückverlegung des Einspritzbeginns ist zu jeder Drehzahl des Motors möglich, dabei sollten Einspritzmenge und Förderbeginn über einen Computer mit jeweils einem Stellmotor die Regelung übernehmen, siehe Fig. 6.

Zur unterschiedlichen Einspritzung von Kraftstoffen sind die Fig. 7, 7a, 7b, 7c und 7d in Zeichnung 3 angeführt, sowie auch Fig. 8. Fig. 8 hat nur geringe Chancen für leichten Brennstoff, aber wohl für Dieselkraftstoff. Fig. 7 bis 7d sind für leichte Kraftstoffe, 7b erscheint jedoch die beste Lösung zu sein, da nach dem Abspritzen keinerlei Restkraftstoff am Düsenmund zurückbleibt.

Die in der Zeichnung 3 unter Fig. 7, 7a, 7b, 7c und 7d sowie Fig. 8 gezeichneten Düsenformen sind unterschiedlich und zeigen den grundsätzlichen Aufbau und unterschiedliche Einspritzcharakteristiken.

Fig. 7 hat einen kleinen Quetschzapfen, der anfangs der Einspritzungen einen geraden Strahl zur Folge haben soll, dann bei vollem Aushub der Düsennadel 16b zu einem gefächerten Strahl führt.

Fig. 7a zeigt einen Quetschzapfen, der sich nach innen verjüngt und anfangs zur Mitte spritzt, sich dann kreuzt und bei vollem Aushub wieder einen Fächer hat.

Fig. 7b hat nur einen Fächer, und die Fig. 7c und 7d sind zusätzlich mit einem Kraftstoffring am Dichtkonus 16g und einer Kraftstoffrille versehen. Diese Kraftstoffrille 16f soll dem Kraftstoff einen geraden Vorstrahl geben, so lange das Maß alpha seine Wirkung hat.

Fig. 8 soll einer im Dieselmotorenbau häufig verwandten Düse gleichen, die für Direkteinspritzer verwandt wird.

Sie hat jedoch durch die große Kraftstoffmenge zwischen dem Kraftstoffdichtkonus und dem Düsenaustritt kaum eine Chance. Es würde zur hohen Stickoxydemission führen. Von allen Ausführungen wird 7b die beste sein, da keine Restpartikel von Kraftstoff am Düsenmund nach der Verbrennung verbleiben werden.

Das Maß A in Fig. 4 und 5 ist angenommen und stellt ein Maß des Einspritzendes dar. Wird ein späteres Einspritzende gefordert, vergrößert sich das Maß A, wird ein früheres Einspritzende gefordert, verkleinert sich das Maß A. Dies führt gleichzeitig zur Veränderung der eingespritzten Kraftstoffmenge, so daß diese nicht gleichzeitig nachgeregelt wird. Fig. 4 ist technisch kaum machbar, Fig. 5 hingegen mit dem Parallelogramm für die Mengenregulierung bietet eine hervorragende Lösung an, alle Krafttstoffmengen und jeden Einspritzzeitpunkt für eine Brennkraftmaschine zu steuern, da dies mechanisch kaum lösbar ist, müßte eine elektronische Regelung durch einen Rechner erfolgen, um Kraftstoffmenge und Einspritzzeitpunkt festzulegen. In dem Injektor wird nun der permanent durchfließende Kraftstoff erwärmt und muß in den Kraftstofftank zurück. Dies würde zu einer Aufheizung im Tank führen, so daß kein Kühler für den Kraftstoffrücklauf vorgesehen ist. So ist der Injektor nicht für kleine Brennkraftmaschinen zu gebrauchen.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß dieser Injektor für Zwei- und Viertakt-Brennmaschinen aller Kohlenwasserstoffe, soweit sie kein Schweröl sind, zu gebrauchen ist.

Bezugszeichenliste

 1 Nockenwelle
 2A Schlepphebel
 2B Nockenhebel
 2C Keilhebel
 3A Exzenterrolle
 3B Rolle
 4 Stößel
 5 Federteller
 6 Feder
 7 Führungshülse
 8 Pumpenkolben
 9 Kühlraum
10 Kraftstoffleitung
11 Rückschlagventil
12 Kraftstoffraum
13 Kraftstoffrücklaufbohrung
14 Kraftstoffrücklauf
15 Injektorgehäuse
16 Einspritzdüse
17 Injektormutter
18 Hitzeschutzplatte
19 Exzenter
20 Parallelhebel

Einzelteile der Einspritzdüse

16a Düsenhülse
16b Düsennadel
16c Rückzugfedersicherung
16d Rückzugfeder
16e Kraftstoffkanäle
16f Kraftstoffrille in der Düsenhülse
16g Kraftstoffring am Dichtkonus
16h Kraftstoffdichtkonus
16i Quetschzapfen zum Dichtkonus
16k Düsenmundstück
16l Bördelung zum Düsenmundstück

Claims (4)

1. Einspritzpumpe mit Einspritzdüse (16) für Brennstoffkraftmaschinen, bei welcher ein von einer Nockenwelle (1) über ein Druckstück angetriebener Pumpenkolben (8) in einer Sackbohrung eines Gehäuses geführt wird und die mit der Einspritzdüse (16) zu einer Einheit vereinigt ist, wobei der Pumpenkolben (8) zur Einstellung der Einspritzmenge mittels einer Mengenverstelleinrichtung regulierbar ist, und wobei in einer zentralen Bohrung der Einspritzdüse (16) eine am entgegengesetzten Ende eines Düsenmundes mit einer Feder belasteten beginnenden, am Düsenmund im Querschnitt breiter werdenden und diesen im wesentlichen formschlüssig und dichtend abschließenden Düsennadel (16b) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß durch das Gehäuse (15) (Injektorgehäuse) und Einspritzdüse (16) eine auf einer Seite des Gehäuses beginnende, in Richtung Düsenmund breiter werdende, durch eine in der Düsennadel (16b) in axialer Richtung verlaufende Längsbohrung, dann durch den Hubraum des Pumpenkolbens (8) und von diesem ableitend, geführte Kraftstoffleitung (10) angeordnet ist,
daß um Gehäuse (15) und Einspritzdüse (16) in axialer Richtung beidseitig und gegenüberliegend ein Kühlraum (9) angeordnet ist,
daß ein Antriebssystem, im wesentlichen bestehend aus einem von einer Nockenwelle (1), einem Schlepphebel (2A), einer Exzenterrolle (3A) und einem in einer Führungshülse (7) geführten Stößel (4) mit Federteller (5) beaufschlagbaren Pumpenkolben (8), zugleich ein Mittel zur Regelung der Fördermenge und Einstellung einer bestimmten Fördercharakteristik darstellt,
daß die Kraftstoffleitung (10) aus einem ventilbetätigten Kraftstoffzulauf, einem Kraftstoffraum (12) und einer Kraftstoffrücklaufbohrung (13) besteht, und
daß die Einspritzdüse (16) am Düsenmund an einem Kraftstoffdichtkonus (16h) und an der Düsennadel (16b) einen negativen Winkel aufweist, wobei das an Düsenmund befindliche Düsennadelende mit kleinen Kraftstoffleitungen durchzogen ist.

2. Einspritzpumpe mit Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssystem an ein elektronisches Kontroll- und Steuerungssystem angeschlossen ist.

3. Einspritzpumpe mit Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Hubraum und Durchmesser des Pumpenkolbens (8) in Abhängigkeit von einer zu fördernden Kraftstoffmenge gewählt wird.

4. Einspritzpumpe mit Einspritzdüse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenmund und das gegenüber der Feder entgegengesetzte, am Düsenmund befindliche Düsennadelende entsprechend einer bestimmten Einspritzcharakteristik gestaltet ist.