DE4038443A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritz­ vorrichtung für Dieselbrennkraftmaschinen, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der DE-OS 27 11 350 ist ein Kraftstoffeinspritzventil mit Einspritzventileinsatz und Einspritzventilhalter be­ schrieben, das eine Kraftstoffvoreinspritzung verwirk­ licht, wie sie bei direkteinspritzenden Dieselbrennkraft­ maschinen zur Absenkung des Verbrennungsgeräusches er­ wünscht ist. Der Einspritzventileinsatz weist einen Ven­ tilkörper auf, in dem eine walzenförmige Ventilnadel dich­ tend geführt ist. Am brennraumseitigen Ende der Ventilna­ del ist ein konischer Sitz vorgesehen, der mit einem ent­ sprechenden Gegensitz des Ventilkörpers zusammenarbeitet. Den brennraumseitigen Abschluß des Ventilkörpers bildet ein Sackloch, das unterhalb des konischen Sitzes angeord­ net ist und das über eine zentrale Bohrung in der Ventil­ nadel mit der Hochdruckkraftstoffleitung in Verbindung steht.

Im Bereich des konischen Sitzes befinden sich Düsenboh­ rungen für die Voreinspritzmenge, die vom konischen Nadel­ sitz beherrscht werden. Die Haupteinspritzung erfolgt durch Düsenbohrungen im Bereich der Nadelführung, die in Strömungsrichtung hinter dem Nadelsitz angeordnet sind und von dem als Steuerschieber wirkenden Führungsteil der Na­ del gesteuert werden.

Der Einspritzventilhalter ist in bekannter Weise als Zwei­ federhalter ausgeführt, wobei in der ersten Stufe die Sitzlochbohrungen für die Voreinspritzung geöffnet werden und in einer zweiten Stufe bei erhöhtem Öffnungsdruck die schiebergesteuerten Bohrungen für die Haupteinspritzung. Dieses bekannte Kraftstoffeinspritzventil ist aufwendig und teuer in der Herstellung.

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzventil mit Voreinspritzung zu schaffen, das sich durch geringen Bauaufwand auszeichnet.

Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Die Ausbildung des Führungsteils und des Flachsitzes der Ventilnadel und die Ausbildung des als Dämpferkolben wirkenden Steuerzapfens sind besonders ein­ fach und fertigungsgünstig und bedürfen keinerlei Ein­ stellarbeiten.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ermöglicht durch den Fortfall einer Einspritzleitung hohe Einspritz­ drücke und ein unverzerrtes Einspritzgesetz, wie es bei modernen Direkteinspritzern angestrebt wird. Das kompakte Einspritzsystem eignet sich zum direkten Einbau in den Zy­ linderkopf.

Durch eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung wird eine zeit- und mengenrichtige Einspritzung sichergestellt, die eine verbrauchsgünstige und schadstoffarme Verbrennung ge­ währleistet.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Steuerschiebers bietet fertigungstechnische Vorteile.

Durch die erfindungsgemäße Spritzrichtung der Vorein­ spritzbohrungen in den heißen Kern des Brennraumes wird ein besonders kurzer Zündverzug und damit ein besonders geringes Verbrennungsgeräusch erreicht.

Die Aufteilung und Anordnung der Haupteinspritzbohrungen hingegen bewirkt eine besonders gute Luftausnutzung und damit eine hohe Leistungsausbeute.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der fol­ genden Beschreibung und der Zeichnung, in der Ausführungs­ beispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 Schnitt durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Stellung vor Förderbeginn,

Fig. 2 Schnitt durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Stellung nach Förderbeginn,

Fig. 3 Schnitt durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Stellung bei Beginn der Voreinspritzung,

Fig. 4 Schnitt durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Stellung bei Beginn der Haupteinspritzung,

Fig. 5 Schnitt durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Stellung bei Einspritzende,

Fig. 6 Schnitt durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Stellung beim Befüllen des Förderraumes.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung besteht nach Fig. 1 aus der Pumpendüse 1. Diese setzt sich aus der Einspritzpumpe 2 und dem Einspritzventileinsatz 3 zusam­ men, zwischen denen sich ein Steuerschieber 4 befindet. Die Einspritzpumpe 2 weist eine Plungerbuchse 5 mit einem darin dichtend geführten Plunger 6 auf.

Plungerbuchse 5 und Plunger 6 begrenzen einen Förderraum 29.

Am förderraumfernen Ende des Plungers 6 ist ein Tassenstö­ ßel 30 angeordnet, der einstückig mit dem Plunger 6 ausge­ bildet ist und von einer nicht dargestellten Nockenwelle direkt oder aber über Stoßstangen und Kipphebel betätigt wird. Der Tassenstößel 30 wird von einer Druckfeder 31 ge­ gen die nicht dargestellte Nockenwelle gedrückt. Der Tas­ senstößel 30 ist in der Plungerbuchse 5 geführt.

Der Förderraum 29 ist über eine Druckleitung 10 mit einer Steuerbohrung 32 verbunden. In der Steuerbohrung 32 ist ein Steuerschieber 4 dichtend geführt. Der Steuerschieber 4 weist eine Steuernut 32 auf. Er wird elektromagnetisch oder elektrohydraulisch betätigt, wobei die Betätigungsor­ gane, die nicht Gegenstand der Erfindung sind, nicht dar­ gestellt sind.

Die Steuerbohrung 32 steht in Strömungsverbindung mit einer Kraftstoffzufuhrleitung 11, die mit einer nicht dar­ gestellten Kraftstoffquelle von ca. 20 bar Förderdruck in Verbindung steht. Weiterhin geht von der Steuerbohrung 32 eine Leckölleitung 23 aus, die in der Plungerbuchse 5 in einen Leckölabfluß 34 mündet. Die von der Plungerlaufflä­ che der Plungerbuchse 5 kommende Leckölbohrung 35 mündet ebenfalls in dem Leckölabfluß 34.

Der Einspritzeinsatz 3 weist eine Ventilbuchse 7 auf, die in einer Sackbohrung 38 der Pumpenbuchse 5 geführt und mittels einen Rundstiftes 39 gegen Verdrehen gesichert ist. Die Pumpenbuchse 5 wird mittels nicht dargestellter Zuganker gegen die Ventilbuchse 7 gepreßt, wodurch beide Buchsen einen hochdruckfesten Verband bilden. Die Ventil­ buchse 7 wird über die Dichtung 37 gegen den Zylinderkopf 36 gepreßt und auf diese Weise gegen dem nicht dargestell­ ten Brennraum abgedichtet.

In der Ventilbuchse 7 ist die walzenförmige Ventilnadel 8 dichtend geführt. Diese weist an ihrem dem Plunger 6 zuge­ wandten Ende einen Steuerkolben 19 auf, der ebenfalls in der Ventilbuchse 7 dichtend geführt ist. Der Steuerkolben 19 und die Ventilnadel 8 sind einstückig ausgebildet. Der Steuerkoben 19 weist die Form eines nach oben offenen Tas­ senstößels auf, in dessen Mitte ein Steuerzapfen 21 ange­ ordnet ist, der bei axialer Bewegung der Ventilnadel 8 in eine Steuerbohrung 25 mit bestimmten Spiel eintaucht. Da­ bei entspricht der axiale Abstand zwischen dem Steuer­ zapfen 21 und der Steuerbohrung 25 dem Vorhub der Ventil­ nadel 8.

Die Ventilnadel 8 weist eine Längsbohrung 17 und eine die­ se kreuzende Querbohrung 20 auf, wobei die Querbohrung 20 unmittelbar unterhalb des Steuerkolbens 19 angeordnet ist und in Strömungsverbindung mit einem Druckraum 9 unterhalb des Steuerkolbens 19 steht. Der Druckraum 9 steht über eine dritte Druckleitung 10b und eine zweite Druckleitung 10a mit der Steuerbohrung 32 in Strömungsverbindung.

Das brennraumseitige Ende der Ventilnadel 8 bildet in Ver­ bindung mit dem brennraumseitigen Abschluß der Ventilbuch­ se 7 einen Flachsitz 15, der Voreinspritzbohrungen 16 be­ herrscht, während Haupteinspritzbohrungen 24 von dem brennraumseitigen Ende des Führungsteils 18 gesteuert wer­ den.

Die Ventilnadel 8 steht in Wirkverbindung mit einer Ven­ tilfeder 13, die sich auf dem Steuerkolben 19 bzw. auf der Plungerbuchse 5 abstützt.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung funk­ tioniert folgendermaßen:

Gemäß Fig. 1 wird die Kraftstoffzufuhrleitung 11 der Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung mit Kraftstoff versorgt, der un­ ter einem Vordruck von ca. 20 bar steht. Der Kraftstoff gelangt über die erste Druckleitung 10 in den Förderraum 29. Der Plunger 5 wird durch den Kraftstoffdruck, unter­ stützt von der Druckfeder 31, in die oberste Stellung ge­ drückt, die das Antriebsystem zuläßt.

Über die Steuerbohrung 32 gelangt der Kraftstoff auf die Oberseite des Steuerkolbens 19. Der Druckraum 9 ist über die zweite Druckleitung 10a, die dritte Druckleitung 10b, die Steuernut 33 und die Leckölleitung 23 mit dem Lecköl­ system verbunden und daher drucklos. Der Überdruck auf der Oberseite des Steuerkolbens 19 unterstützt durch die Ven­ tilfeder 13, drückt die Ventilnadel 8 gegen den Flachsitz 15.

Der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzufuhrleitung be­ wirkt, daß der Steuerschieber 4 in seine äußere Steuer­ stellung gedrückt wird. Der vordere Teil des Steuerschie­ bers 4 verhindert, daß Kraftstoff aus der Kraftstoffzu­ fuhrleitung 11 in die Steuernut 33 gelangt.

Gemäß Fig. 2 wird der Plunger 6 durch das Antriebssystem niedergedrückt und der dadurch entstehende Überdruck be­ wirkt, daß Kraftstoff aus dem Förderraum 29 über die erste Druckleitung 10 in die Kraftstoffzufuhrleitung 11 zurück­ gefördert wird.

Gemäß Fig. 3 muß zum Einspritzbeginn der Steuerschieber 4 in die innere Steuerstellung geschoben werden. Der Plunger 6 fördert weiterhin Kraftstoff durch die erste Drucklei­ tung 10, der nun jedoch über die Steuernut 33 und die zweite und dritte Druckleitung 10a, 10b in den Druckraum 9 gelangt. Durch den sich aufbauenden Druck von mehreren hundert bar wird die Ventilnadel 8 angehoben. Der Kraft­ stoff oberhalb des Steuerkolbens 19 kann über die Steuer­ bohrung 25 abfließen, bis der Steuerzapfen 21 die Steuer­ bohrung 25 bis auf einen kleinen Ringspalt verschließt.

Aus dem Druckraum 9 gelangt der Kraftstoff durch die Quer­ bohrung 20 zur Längsbohrung 17 und von dort zu den Vor­ einspritzbohrungen 16. Damit beginnt die Voreinspritzung.

Gemäß Fig. 4 ist die oberste Stellung der Ventilnadel 8 er­ reicht, wenn der Steuerkolben 19 an der Plungerbuchse 5 anschlägt.

Hierzu muß der Kraftstoff auf der Oberseite des Steuerkol­ bens 19 durch den Ringspalt zwischen dem Steuerzapfen 21 und der Steuerbohrung 25 abfließen. Durch den weiter an­ steigenden Druck auf die Unterseite des Steuerkolbens 19 wird dieser Vorgang beschleunigt. In der obersten Stellung der Ventilnadel 8 wird auch der Zulauf zu den Hauptein­ spritzbohrungen 24 freigegeben.

Die Dauer der Voreinspritzung ist durch die Größe des Ringspaltes vorgegeben.

Wird eine verzögerte Einspritzung des Kraftstoffes ge­ wünscht, muß der Steuerschieber 4 mit einem variablen Zwi­ schenanschlag versehen werden, der bewirkt, daß der Steuerschieber 4 nicht die innerste Steuerstellung er­ reicht. Der Zwischenanschlag wird zweckmäßigerweise in den Betätigungsmechanismus des Steuerschiebers 4 integriert.

In der Zwischenstellung des Steuerschiebers 4 wird die Fördermenge durch die erste Druckleitung 10 aufgeteilt in:

• a) eine Rückströmmenge von der ersten Druckleitung 10 in die Kraftstoffzufuhrleitung 11 und
• b) in die Fördermenge von der ersten Druckleitung 10 in den Ringspalt zwischen Steuerzapfen 21 und Steuerbohrung 25. Da die Leckölleitung 23 in dieser Zwischenstellung des Steuerschiebers 4 noch ver­ schlossen ist, gelangt die Kraftstoffördermenge zu dem Einspritzbohrungen.

Der Einspritzdruck ist jedoch stark reduziert, wodurch die Einspritzrate kleiner ausfällt.

Zur Beendigung des Einspritzvorganges wird der Steuer­ schieber 4 gemäß Fig. 5 in seine äußere Steuerstellung ge­ schoben. Die Kraftstoffördermenge fließt nun wieder in das Kraftstoffniederdrucksystem. Der Druckraum 9 ist mit dem Leckölsystem verbunden und damit drucklos. Die Ventilnadel 8 bewegt sich durch die Kraft der Ventilfeder 13 unter­ stützt durch dem Druck in der Steuerbohrung 25 in die un­ terste Funktionsstellung. Der Kraftstoff aus dem Druckraum 9 kann über die dritte und zweite Druckleitung 10b, 10a, die Steuernut 33 und die Leckölleitung 23 in das Lecköl­ system abfließen. In der untersten Funktionsstellung der Ventilnadel 8 sind alle Spritzlöcher verschlossen. Der Einspritzvorgang ist beendet.

Nachdem das Antriebssystem den Plunger 6 bis zu seinem un­ teren Totpunkt niedergedrückt hat, muß gemäß Fig. 6 der Weg zum oberen Totpunkt vom Antriebssystem freigegeben werden. Durch den Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzufuhrleitung 11 wird Kraftstoff über die erste Druckleitung 10 in den Förderraum 29 gedrückt. Durch den Überdruck auf die Unter­ seite des Plungers 6 wird dieser unterstützt durch die Druckfeder 31 in seine obere Totpunktstellung gedrückt. Dabei wird zugleich der Förderraum 29 für den nächsten Einspritzvorgang mit Kraftstoff befüllt.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Dieselbrenn­ kraftmaschinen mit einem Einspritzventileinsatz (3) mit einer Ventilbuchse (7) und einer darin dichtend geführten, entgegen der Strömungsrichtung öffnenden und unter der Kraft einer Ventilfeder (13) stehenden Ventilnadel (8), wobei die Ventilnadel (8) einen Führungsteil (18) und die Ventilbuchse (7) Düsenbohrungen (24) aufweist, die von der Ventilnadel (8) beherrscht werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - Eine Führung (18a) der Ventilnadel (8) erstreckt sich über die gesamte Länge des Führungsteils (18),
• - an dem Führungsteil (18) ist an einem düsenboh­ rungsfernen Ende ein Steuerkolben (19) mit einem gegenüber dem Durchmesser des Führungsteils (18) vergrößerten Durchmesser und an einem düsenboh­ rungsnahen Ende ein Flachsitz (15) vorgesehen,
• - in der Ventilbuchse (7) ist ein Gegensitz (15a) zum Flachsitz (15) angeordnet, von dem Voreinspritzboh­ rungen (16) ausgehen und oberhalb des Gegensitzes (15a) sind in der Ventilbuchse (7) Haupteinspritz­ bohrungen (24) angeordnet, die von der Führung (18a) beherrscht sind,
• - der Steuerkolben (19) weist einen Steuerzapfen (21) auf, der auf einer der Ventilnadel (8) abgewandten Seite des Steuerkolbens (19) angeordnet ist, wobei koaxial zum Steuerkolben (19) im Abstand eines Vor­ hubes h zu diesem in der Pumpenbuchse (7) eine Steuerbohrung (25) angeordnet ist, deren Durchmes­ ser geringfügig größer als der des Steuerzapfens (21) ist und die in Strömungsverbindung mit einer Kraftstoffzufuhrleitung (11) steht.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzventileinsatz (3) und eine Einspritzpumpe (2) zusammen eine Pumpendüse (1) bilden, wobei der Einspritzventileinsatz (3) und die Ein­ spritzpumpe (2) eine gemeinsame Achse aufweisen.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Einspritzpumpe (2) und Einspritzventileinsatz (3) und in Strömungsverbindung mit diesen ein Steuerschieber (4) angeordnet ist.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Steuerschiebers (4) vorzugsweise rechtwinklig zur Achse der Pumpendüse (1) angeordnet ist und diese vorzugsweise schneidet.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzrichtung der Vorein­ spritzbohrungen in etwa parallel zur Achse der Ventilnadel (8) verläuft.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupteinspritzbohrungen (24) in etwa radial verlaufen und vorzugsweise gleichmäßig am Umfang der Ventilbuchse (7) verteilt angeordnet sind.