DE3818862C2 - Kraftstoffeinspritzdüse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzdüse mit steuerbarem Einspritzquerschnitt für luftverdichtende, vorzugsweise direkt einspritzende Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Einspritzdüsen mit variablem Einspritzquerschnitt können den Abspritzdruck und die Zerstäubung bei großer Mengen- und Drehzahlspreizung deutlich verbessern. Während dieses Prinzip bei Zapfendüsen bereits große Verbreitung gefunden hat, gibt es bei den sogenannten Lochdüsen, die insbesondere für direkteinspritzende Dieselmotoren verwendet werden, bisher nur wenig Vorschläge, die zudem noch nicht zum Einsatz gekommen sind. Dies liegt möglicherweise daran, daß die bisher bekannten variablen Kraftstoffeinspritzdüsen der Lochdüsenbauart Nachteile aufweisen, die ihren Einsatz gerade bei PKW-Dieselmotoren verhinderten. So zeigen die bekannten Ausführungen (z. B. DE-OS 26 55 793 und 29 20 100) jeweils in Sacklöchern einmündende Spritzlöcher, die jedoch in verschiedener Hinsicht nachteilig sind. Zum einen ermöglichen solche Sacklöcher das nachträgliche Ausdampfen von Kraftstoff in den angeschlossenen Brennraum der Brennkraftmaschine, was zu einer nicht unbeträchtlichen Erhöhung der Abgasemissionen führt. Zum anderen besteht insbesondere für diejenigen Sacklöcher, die der weiteren Reihe von Spritzlöchern zugeordnet sind und die somit zumindest bei kleinen Lasten der Brennkraftmaschine nicht ständig von Kraftstoff durchströmt sind, die Gefahr, daß sich dort Ablagerungen bilden, die schließlich zu einem Verstopfen der Spritzlöcher führen können.

Dies umso mehr, als infolge des Nadelhubs der Düsennadel das Volumen dieser Sacklöcher ständig vergrößert und verkleinert wird, sich also ein Pumpeffekt ergibt, der für einen ständigen Zutritt von Verbrennungsgasen aus dem Brennraum sorgt.

Aus der gattungsbildenden DE 27 11 902 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse mit steuerbarem Einspritzquerschnitt für luftverdichtende Brennkraftmaschinen mit einer von einem über eine Kraftstoffdruckleitung zugelieferten Kraftstoffdruck gegenüber einer Federkraft in einem Düsenkörper lastabhängig verstellbaren Düsennadel bekannt. Diese gibt im unteren Drehzahl- und Lastbereich der Brennkraftmaschine bei kleinem Nadelhub mindestens ein erstes Spritzloch und im oberen Drehzahl- und Lastbereich bei größerem Nadelhub mindestens ein weiteres Spritzloch frei, wobei die beiden Spritzlöcher im Bereich eines zwischen dem Düsenkörper und der Düsennadel gebildeten zylindrischen Dichtspaltes einmünden und die Düsennadel einer umlaufenden Steuerkante zur Freigabe der Spritzlöcher mit zunehmendem Nadelhub aufweist, wobei unterhalb der Steuerkante ein sich spätestens beim Nadelhub bildendender, mit der Kraftstoffdruckleitung verbundener, Druckraum vorgesehen ist.

Der dort gezeigte Anschlag für die Begrenzung des Ventilnadelhubes wirkt in Öffnungsrichtung, während in Schließstellung die Ventilnadel durch eine Feder beaufschlagt im Bereich der Spritzlöcher aufliegt. Dieser Bereich ist durch die Spritzlöcher anfällig gegenüber Kerbwirkung, wie sie durch das schlagartige Aufsetzen der Ventilnadel hervorgerufen werden können.

Aus DE 27 11 350 A1 ist es bekannt, einzelnen Spritzlöcher jeweils separate Dichtflächen und Druckräume zuzuordnen.

Mehrere in Öffnungsrichtung übereinander angeordnete, lastabhängig steuerbare Spritzlöcher sind desweiteren aus EP 0234314 A2 bekannt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Kraftstoffeinspritzdüse der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art zu schaffen, die als Lochdüsenkonzeption Kerbwirkungen im die Spritzlöcher aufweisenden Bereiche vermeidet.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß ist also ein den Nadelhub in Schließrichtung der Düsennadel begrenzender Anschlag in einem oberen, von den Spritzlöchern abgewandten Bereich der Einspritzdüse vorgesehen. Hierdurch wird der die Spritzlöcher aufweisende Bereich wirkungsvoll von den durch das schlagartige Aufsetzen der Düsennadel verursachten Belastungen freigestellt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Hierdurch wird also wenigstens die weitere Reihe der Spritzlöcher unmittelbar in einem zwischen dem Düsenkörper und der Düsennadel gebildeten zylindrischen Dichtspalt gelegt, wobei die Freigabe dieser weiteren Reihe von Spritzlöchern dann direkt von einer an der Düsennadel angeordneten umlaufenden Steuerkante bewirkt wird. Auf diese Weise wird es möglich, die zweite Spritzlochreihe erst oberhalb eines vorgegebenen Nadelhubs der Düsennadel zu öffnen, ohne dabei auf die Anordnung eines nachteiligen Sackloches angewiesen zu sein. Um bei einer derartigen Anordnung für eine ausreichende Zufuhr von unter Druck stehendem Kraftstoff zu sorgen, muß ein unterhalb der Steuerkante vorgesehener Druckraum mit der Kraftstoffdruckleitung verbunden sein, was zweckmäßigerweise durch in der Düsennadel angeordnete Verbindungsleitungen erfolgen kann.

Gemäß Weiterbildung der Erfindung kann auch die erste Reihe von Spritzlöchern im Bereich eines solchen zylindrischen Dichtspalts zwischen dem Düsenkörper und der Düsennadel angeordnet sein, wobei die Möglichkeit besteht, entweder zwei durch einen mit der Kraftstoffdruckleitung verbundenen Druckraum getrennte Dichtspalte oder aber einen gemeinsamen Dichtspalt vorzusehen, an dem dann die beiden Spritzlochreihen mit axialem Abstand übereinanderliegend angeordnet sein können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellungsweise gezeigt, die im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse mit zwei an einer zylindrischen Dichtfläche übereinanderliegenden Spritzlochreihen.

In Fig. 1 ist mit 1 die Kraftstoffeinspritzdüse insgesamt bezeichnet, die im wesentlichen aus einem in einem hier nicht gezeigten Düsenhalter gehaltenen Düsenkörper 2 und einer darin axial verschiebbar geführten Düsennadel 3 besteht. In dem in der Zeichnung unteren, in einen hier nicht gezeigten Brennraum einer luftverdichtenden, direkt einspritzenden Brennkraftmaschine einmündenden Teil des Düsenkörpers 2 sind zwei Reihen von Spritzlöchern 4 und 5 angebracht, durch die Kraftstoff in den angeschlossenen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Während dabei der Kraftstoff durch die in der Fig. 1 untere, erste Reihe von Spritzlöchern 4 ständig, d. h. auch bei niedrigen Lasten der Brennkraftmaschine und im Leerlauf eingespritzt wird, wird die obere Reihe von Spritzlöchern 5 nur während größerer Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine zur Abspritzung von Kraftstoff mit herangezogen.

Die beiden Reihen von Spritzlöchern 4 und 5 werden dazu von einer Steuerkante 9 der Düsennadel 3 freigegeben, die hier durch die in der Zeichnung untere Stirnfläche der Düsennadel 3 gebildet ist. Dabei verbindet diese Steuerkante 9 die beiden Reihen von Spritzlöchern 4 und 5 in Abhängigkeit von dem jeweiligen, lastabhängig sich ausbildenden Nadelhub der Düsennadel 3 mit einem sich unterhalb der Steuerkante 9 bildenden Druckraum 10, der über eine in der Düsennadel 3 vorgesehene Längsbohrung 11 sowie eine Querbohrung 12 mit einem Ringraum 13 verbunden ist, der seinerseits an eine Zulaufbohrung 14 angeschlossen ist, über die unter Druck stehender Kraftstoff von einer hier nicht näher gezeigten Kraftstoffpumpe zugeführt wird. Der über diese Zulaufbohrung 14 zugeführte Kraftstoff ist abhängig von der jeweiligen Belastung der Brennkraftmaschine. Da dieser lastabhängige Kraftstoffdruck die Düsennadel 3 entgegen der Wirkung von hier nicht gezeigten Schließfedern in Öffnungsrichtung beaufschlagt, ergibt sich somit ein lastabhängiger Hub der Düsennadel. Durch entsprechende Ausbildung und Bemessung der Schließfedern bzw. durch Anordnung einer an sich bekannten variablen Nadelhubbegrenzung sowie durch entsprechend angepaßte Anordnung der beiden Reihen von Spritzlöchern 4 und 5 ergibt sich dann die Möglichkeit, die in der Zeichnung obere, weitere Reihe von Spritzlöchern 5 nur nach Überschreitung einer vorgegebenen Belastung der Brennkraftmaschine zur Abspritzung des Kraftstoffes freizugeben.

Die beiden Reihen von Spritzlöchern 4 und 5 münden bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführung mit axialem Abstand voneinander in einen zylindrischen Dichtspalt 6, der zwischen den mit einer entsprechenden Dichtpassung versehenen Durchmessern der Bohrung 7 des Düsenkörpers 2 sowie des Schaftes 8 der Düsennadel 3 gebildet ist. Diese Dichtpassung ist so gewählt, daß in dem in der Zeichnung gezeigten Schließzustand kein Kraftstoff zu den Spritzlöchern 4, 5 gelangt, also weder von dem Druckraum 10 noch von dem Ringraum 13 her. Selbstverständlich könnte auch vorgesehen sein, daß die beiden Reihen von Spritzlöchern 4 und 5 im Bereich zweier voneinander axial getrennter Dichtspalte angeordnet sind, wobei dann zwischen diesen beiden Dichtspalten ein weiterer, beispielsweise in Form einer Ringnut der Düsennadel 3 gebildeter Druckraum vorgesehen sein muß, der durch eine Querbohrung mit der Längsbohrung 11 zur Zufuhr von unter Druck stehendem Kraftstoff zu verbinden ist.

Wie aus der Fig. 1 der Zeichnung weiter hervorgeht, liegt die Düsennadel 3 in dem in der Zeichnung gezeigten Schließzustand mit einer Schulter 16 auf einem als Nadelsitz dienenden ringförmigen Anschlag 15 auf, der im Gegensatz zu den bisher üblichen Ausbildungen nicht in dem durch Kerbwirkung der Spritzlöcher und höhere Temperaturen geschwächten Kuppenbereich des Düsenkörpers, sondern in dem oberhalb des Ringraums 13 liegenden weniger empfindlichen Bereich des Düsenkörpers angeordnet ist.

Die Hubsteuerung der Düsennadel 3 kann über Düsenhalter mit variabler Nadelhubbegrenzung, über eine stark progressive Schließfeder oder aber über zwei bei unterschiedlichen Nadelhüben zur Wirkung kommende Schließfedern mit deutlichem Kraftsprung erfolgen. Bei den beiden letzteren Varianten steigt der Nadelhub nur bei großen Kraftstoffdrücken und -mengen entsprechend an. Bei Fertigungsproblemen im Zusammenhang mit den bei der Ausführung nach der Fig. 1 oberhalb und unterhalb des Ringraums 13 zwischen dem Düsenkörper 2 und der Düsennadel 3 vorgesehenen zylindrischen Passungen kann die Nadel auch zweiteilig mit einer Verbindungsstelle im Bereich des Ringraums 13 ausgeführt werden.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die in der Zeichnung gezeigte Ausführung den Erfindungsgegenstand nicht beschränken soll, sondern daß vielmehr eine Vielzahl von Varianten denkbar sind, die den wesentlichen Gedanken der vorliegenden Erfindung beinhalten. Dieser besteht vor allem darin, daß zumindest die zweite Reihe von Spritzlöchern, in der Zeichnung mit 5 bezeichnet, im Bereich eines zylindrischen Dichtspaltes 6 einmündet und von einer an der Düsennadel angeordneten Steuerkante erst nach Überschreitung eines vorgegebenen Nadelhubes freigegeben wird. Die Kraftstoffzufuhr erfolgt dann über einen unterhalb der Steuerkante angeordneten Druckraum, der mit der den unter Druck stehenden Kraftstoff zuführenden Zulaufbohrung 14 beispielsweise über in der Düsennadel angeordnete Verbindungsleitungen verbunden ist. Denkbar wäre allerdings auch eine Verbindung des Druckraumes mit der Zulaufbohrung über eine in dem Düsenkörper verlegte Druckleitung. Die Angabe "unterhalb" in bezug auf die Anordnung des Druckraumes im Verhältnis zu der Steuerkante ist dabei im Zusammenhang mit der Richtung des Öffnungshubes der Düsennadel zu sehen, der bei den in der Zeichnung gezeigten Ausführungen jeweils nach oben erfolgt. Bei umge­ kehrter Richtung des Öffnungshubes der Düsennadel müßte dann die Anordnung des Druckraumes bezogen auf die Steuerkante der Düsennadel umgekehrt sein.

Claims (3)

1. Kraftstoffeinspritzdüse mit steuerbarem Einspritzquerschnitt für luftverdichtende, vor­ zugsweise direkt einspritzende Brennkraftmaschinen mit einer von einem über eine Kraftstoffdruckleitung zugelieferten Kraftstoffdruck entgegen einer Federkraft in einem Düsenkörper lastabhängig verstellbaren Düsennadel, die im unteren Drehzahl- und Lastbereich der Brennkraftmaschine bei kleinem Nadelhub mindestens ein erstes Spritzloch und im oberen Drehzahl- und Lastbereich bei größerem Nadelhub minde­ stens ein weiteres Spritzloch freigibt, wobei die beiden Spritzlöcher im Bereich eines zwischen dem Düsenkörper und der Düsennadel gebildeten zylindrischen Dichtspaltes einmünden, und die Düsennadel eine umlaufende Steuerkante zur Freigabe der Spritzlöcher mit zunehmendem Nadelhub aufweist, wobei unterhalb der Steuerkante ein sich späte­ stens beim Nadelhub bildender, mit der Kraftstoffdruckleitung verbundener Druck­ raum vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Nadelhub in Schließrichtung der Düsennadel (3) begrenzender Anschlag (15) in einem oberen, von den Spritzlöchern (4, 5) abge­ wandten Bereich der Einspritzdüse (1) vorgesehen ist.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Reihe von ersten und weiteren Spritzlöchern (4 und 5) im Düsenkörper (2) angeordnet sind.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reihen von Spritzlöchern (4, 5) jeweils in axial getrennte Dichtspalte einmünden, welche durch einen mit der Kraftstoffdruckleitung verbundenen Druckraum voneinan­ der getrennt sind, wobei die Düsennadel getrennte Steuerkanten zur nadelhubab­ hängigen Freigabe der beiden Reihen von Spritzlöchern aufweist und daß jeweils unterhalb der Steuerkanten mit der Kraftstoffdruckleitung verbundene Druckräume vorgesehen sind.