DE3811885C2 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Vor- und Haupteinspritzung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere solche mit Luftverdichtung und Selbstzündung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Vor- und Haupteinspritzung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere solche mit Luftverdichtung und Selbstzündung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-GM 69 34 441 ist eine Kraftstoffeinspritzvor­ richtung bekannt, bei der eine von einer Hochdruckeinspritzpumpe ausgehende Einspritzleitung zu einer Leitungsverzweigung führt, die an einer Haupteinspritzdüse und an einer Voreinspritzdüse angeschlossen ist. Stromauf der Voreinspritzdüse ist unmittelbar in die zur Voreinspritzdüse führende Zuführleitung ein Dosierventil mit einem Steuerkolben angeordnet, dessen eine vom Kraftstoffdruck der Pumpe voll beaufschlagbare Stirnseite außerdem über einen gedrosselten Kanal mit der gegenüberliegenden Stirnseite des Steuerkolbens verbunden ist, die den zur Voreinspritzdüse führenden Zuführkanal bei einer bestimmten Druckdifferenz an der Drosselstelle schließt und somit den Zufluß zur Düse unterbindet. Die Voreinspritzung wird somit beendet und Nachspritzer vermieden. Mit einer Ausführung dieser Art lassen sich jedoch keine kleinen Einspritzmengen in Verbindung mit einem ausreichend großen zeitlichen Abstand zwischen Vor- und Haupteinspritzung darstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen an einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu treffen, die eine scharfe Trennung zwischen dem Voreinspritzende und dem Haupteinspritzanfang ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die besondere Düsennadelschließfunktion der Voreinspritzdüse schließt die Düsennadel schlagartig infolge des über die große Wirkfläche des Stufenkolbens erzeugten Einspritzdrucks. Gleichzeitig steht der Druck im Nadelsitzbereich während des Schließvorganges der Düsennadel weitgehend unvermindert an, so daß kein Einbruch des Einspritzmengenverlaufes bis zum Voreinspritzende erfolgt. Dadurch, daß dem System während des Abwärtshubes des Stufenkolbens Kraftstoff entzogen wird, wird der weitere Druckanstieg verzögert und somit eine ausreichend lange Unterbrechungsphase zwischen der Vor- und Haupteinspritzung erreicht. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden nicht nur Nachspritzer verhindert, sondern es wird auch eine scharfe Trennung zwischen der Voreinspritzung und Haupteinspritzung sicherstellt, so daß sich durch die zeitliche Verkürzung der Voreinspritzphase infolge des steil abfallenden Voreinspritzen­ des bei dennoch gleicher Voreinspritzmenge positive Auswirkungen hinsichtlich der Verbrennungsgeräusche, des Kraftstoffverbrauches und der Abgase ergeben.

Es ist zwar aus der DE-OS 31 05 671 eine Einspritzdüse mit einem mit der Düsennadel zusammenwirkenden und als hydraulischer Vorhubbegrenzer dienender Steuerkolben bekannt, jedoch ist hier von einem anderen System mit einer einzigen Einspritzdüse für die Vor- und Haupteinspritzung ausgegangen, bei dem keine Einspritzpause vorgesehen ist, vielmehr geht die Voreinspritzung direkt in die Haupteinspritzung über.

Bei der aus der DE-OS 36 13 981 bekannten Ausführung erfolgt die Vor- und Haupteinspritzung ebenfalls durch eine einzige Düse, die neben einem Kolben noch einen Hohlkolben aufweist, die gemeinsam eine Absenkung des beim Öffnungshub der Düsennadel ansteigenden Kraftstoffdruckes am Ende des Vorhubes bewirken. Eine ausreichend definierte Voreinspritzmenge läßt sich aufgrund des Federanschlags nicht darstellen.

In den Unteransprüchen sind noch förderliche Weiterbildun­ gen angegeben.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer Hochdruckeinspritzpumpe sowie einer Vor- und einer Haupteinspritzdüse

Fig. 2 die Voreinspritzdüse im Längsschnitt

Fig. 3 in einem Diagramm den Verlauf der Einspritzrate über den Pumpenwinkel

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß Fig. 1 für eine luftverdichtende selbstzündende Nutzfahrzeug-Brennkraft­ maschine besteht im wesentlichen aus einer Hochdruckein­ spritzpumpe 2, aus einer von jedem Pumpenelement 3 aus­ gehenden Einspritzleitung 4 mit einer in Düsennähe liegen­ den Leitungsverzweigung 5, deren einer Zweig 5a zu einer Haupteinspritzdüse 6 und deren anderer gleichlanger Zweig 5b zu einer Voreinspritzdüse 7 führt.

Die Voreinspritzdüse 7 mit in ihrem Düsenbereich üblicher Bauart weist auf der Rückseite einer entgegen der Kraft­ stoffströmungsrichtung und gegen die Kraft einer Rückstell­ feder 8 öffnenden Düsennadel 9 einen koaxial zu dieser angeordneten Schließkörper auf, der als Stufenkolben 10 ausgebildet mit einem von der Rückstellfeder 8 umgebenden düsennadelseitigen Schließzapfen 11 versehen ist (Fig. 2).

Der Stufenkolben 10 liegt mit seinem im Durchmesser kleiner ausgebildeten Kolbenteil 12a auf einem Dichtsitz 13 auf. Zu diesem Kolbenteil 12a führt ein Verbindungskanal 14, der von einer die Einspritzdüse 7 durchsetzenden Zulauf­ bohrung 15 abzweigt, welche in eine die Düsennadel 9 um­ gebende Druckkammer 16 mündet.

Der im Durchmesser größer ausgebildete Kolbenteil 12b ist in einem Führungskörper 17 längsverschiebbar geführt und weist eine Ringfläche 12c auf, die in einer den Stufenkolben 10 umgebenden Ringkammer 18 liegt. Die Rückstellfeder 8 stützt sich einerseits über einen Düsenfederteller 19 an der Düsennadel 9 und andererseits über einen Stufenkolbenfederteller 20 am Stufenkolben 10 ab. Der Schließzapfen 11 und der Düsenfederteller 19 liegen mit geringem Abstand auseinander, wenn sich der Stufenkolben 10 in Schließstellung und die eine Druckschulter 21 aufweisende Düsennadel 9 in Offenstellung befinden.

Die Druckangriffsfläche bzw. Stirnfläche 12d am Kolbenteil 12a ist kleiner als die Druckschulter 21 der Düsennadel 9, wohingegen die Summe aus Ringfläche 12c und Stirnfläche 12d größer ist als die dem Druck in der Druckkammer 16 ausgesetzte Querschnittsfläche der Düsennadel 9 bei geöffneter Einspritzdüse 7.

Die Wirkungsweise der Einspritzvorrichtung ist folgende:

Bei Erreichen des Düsenöffnungsdrucks hebt die Düsennadel 9 der Voreinspritzdüse 7 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 8 von ihrem Ventilsitz bis zum Nadelanschlag ab. Die Voreinspritzung beginnt. Währenddessen steigt der Kraftstoffdruck weiter an und sobald der durch die Rückstellfederkraft und die Druckangriffsfläche 12d am Kolbenteil 12a festgelegte und noch unter dem Öffnungsdruck der Haupteinspritzdüse liegende Schließauslösedruck erreicht ist, beginnt der Stufenkolben 10 sich in Richtung Düsennadel 9 zu bewegen, ohne die Anschlagstellung der Düsennadel zu verändern. Der Weg von dem Abzweigkanal zur Ringkammer 18 ist freigegeben, so daß zusätzlich die Ringfläche 12c am Kolbenteil 12b wirksam wird.

Nachdem der Stufenkolben 10 beim Abwärtshub einen ge­ wissen Leerhub h durchfahren hat und der Schließzapfen 11 an den Düsenfederteller 19 anschlägt und die Düsennadel 9 bis hin zur Schließstellung mitnimmt, wird die Vorein­ spritzung beendet. Durch die Schließkörperbewegung wird aus dem System Kraftstoff entzogen. Die während der Über­ brückung des Leerhubs erzeugte Verzögerung des weiteren Druckanstiegs bewirkt eine Vergrößerung des zeitlichen Abstands zwischen Vor- und Haupteinspritzung. Durch weitere Druckerhöhung wird die Haupteinspritzdüse aktiviert. Die Haupteinspritzung beginnt und wird erst durch Aufsteuern einer Steuerbohrung in der Hochdruckeinspritzpumpe 2 be­ endet. Der Stufenkolben 10 rückt wieder durch Federkraft in seine Ausgangsstellung zurück. Die Ringfläche 12c am Kolben­ teil 12b als größte Querschnittsfläche ist damit hydraulisch vom Systemdruck abgekoppelt. Nachspritzer aus der Vorein­ spritzdüse können deshalb nicht auftreten.

In Fig. 3 ist der Einspritzverlauf der Voreinspritzung a und der Haupteinspritzung b und die scharfe Trennung zwischen Vor- und Haupteinspritzung gezeigt, wobei NW° auf der Koordinate dem Nockenwellenwinkel und auf der Ordinate der Kraftstoffmenge entsprechen.

Claims (3)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Vor- und Haupteinspritzung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere solche mit Luftverdichtung und Selbstzündung, mit einer Hochdruckeinspritzpumpe, bei der eine von einem Pumpenelement ausgehende Einspritzleitung zu einer Leitungsverzweigung führt, die einerseits an einer Haupteinspritzdüse und andererseits an einer Voreinspritzdüse angeschlossen ist, und mit einem einen Schließzapfen aufweisenden federbelasteten Kolben in der Voreinspritzdüse zum Beenden der Voreinspritzung, dadurch gekennzeichnet,
daß die im Düsenkörper von Voreinspritzdüse und Haupteinspritzdüse geführten Düsennadeln (9) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (8) und entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffes in einer Zulaufbohrung (15) von ihrem Ventilsitz abheben,
daß der Kolben als Stufenkolben (10) in einem Führungskörper (17) ausgebildet ist, mit einem mittigen, durchmessergrößeren Kolbenteil (12b), an dessen erster, düsenseitiger Stirnfläche der durchmesserkleinere Schließzapfen (11) und an dessen zweiter Stirnfläche unter Bildung einer Ringfläche (12c) ein durchmesserkleinerer Kolbenteil (12a) angefügt sind,
daß das eine Stirnfläche (12d) aufweisende freie Ende des Kolbenteils (12a) mit einem Dichtsitz (13) eines Verbindungskanals (14) zusammenwirkt und diesen Verbindungskanal (14) zwischen der Zulaufbohrung (15) und einer Ringkammer (18), die im Übergangsbereich von Kolbenteil (12b) und Kolbenteil (12a) um den Kolben herum in dem Führungskörper (17) ausgebildet ist, öffnet und schließt, wobei die für die Düsennadel (9) bestimmte Rückstellfeder (8) zugleich die Schließfeder für den Kolben (10) zum Schließen des Verbindungskanals (14) bildet,
daß die Stirnfläche (12d) am Kolbenteil (12a) kleiner als die Fläche der Druckschalter (21) der Düsennadel (9) ist, daß die Summe aus Ringfläche (12c) des Kolbenteils (12b) und Stirnfläche (12d) des Kolbenteils (12a) größer als die dem Druck in der Druckkammer (16) ausgesetzte Querschnittsfläche der Düsennadel (9) bei geöffneter Einspritzdüse ist, daß die Düsennadel (9) nach Öffnen der Düse an einem Nadelanschlag anliegt,
daß der Schließzapfen (11) bei einem über dem Öffnungsdruck der Düsennadel (9) liegenden Schließauslösedruck die am Nadelanschlag anliegende Düsennadel (9) in die dem Voreinspritzende entsprechende Schließlage überführt.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (8) den Schließzapfen (11) des Stufenkolbens (10) umgibt und sich einerseits an einem Düsennadelfederteller (19) und andererseits an einem Stufenkolbenfederteller (20) abstützt.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei auf Offenanschlag liegender Düsennadel (9) der Stufenkolben (10) mit einem einen definierten Leerhub (h) zulassenden Abstand von der Düsennadel (9) getrennt ist.