DE4235948C2 - Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, bei einer Kraftstoffeinspritzdüse für eine Brennkraftmaschine die Einspritzquerschnitte der Spritzlöcher stufenlos zu variieren, um bei jeder Last unabhängig vom Kraftstoffdruck vor den Spritzlöchern eine gleichbleibend gute Strahlausbildung zu erreichen. Bei einer von einer Nockenwelle angetriebenen Einspritzpumpe ändert sich bekanntlich die pro Zeiteinheit geförderte Kraftstoffmenge und damit der Kraftstoffdruck mit der Drehzahl.

Die Einspritzdüse nach der DE 40 17 391 A1, Fig. 6 besitzt eine hohle Düsennadel, in der eine gegenüber dieser koaxial bewegliche Steuernadel angeordnet ist. Die hohle Düsennadel dient als Abdichtnadel, die der Steuernadel in Kraftstoffströmungsrichtung vorgeschaltet ist. Die Steuernadel weist an ihrem brennraumseitigen Ende eine kegelige Dichtfläche mit einer Keilverzahnung auf. Unter dem Druck des Kraftstoffs öffnet die Steuernadel, wobei die Spritzquerschnitte je nach Hub unterschiedlich groß sind. Die Spritzquerschnitte werden von den die Keilverzahnung bildenden Flächen an Steuernadel und Düsenkörper dargestellt. Die Hubbewegung der Steuernadel kann durch ein verstellbares Keilstück stufenlos eingestellt werden.

Aus der CH-PS 622 588, Fig. 4 und 5, geht eine Einspritzdüse als bekannt hervor, bei der zum Verstellen des Einspritzquerschnitts und zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel zwei voneinander unabhängige Verstellmechanismen vorhanden sind. Das Stellorgan zur Verstellung des Einspritzquerschnitts ist als Stange ausgebildet, die in einer hohlen Düsennadel angeordnet ist. Bei Teillast wird die Stange gegen eine Feder durch den Kraftstoffdruck angehoben und überdeckt mit einem Flansch die Düsenbohrungen zu einem Teil, wodurch der Einspritzquerschnitt verkleinert wird. Bei Vollast wird die Stange durch eine verstellbare Schraube in einer Stellung gehalten, in der der volle Querschnitt der Düsenbohrungen zur Verfügung steht.

Bei einer Kraftstoffeinspritzdüse nach der DE 40 34 203 A1 werden die Spritzlöcher gemeinsam von Flächen an der Düsennadel und einem Außenkörper begrenzt. Hierzu sind an der Düsennadel Stege ausgebildet, die in Nuten am Außenkörper angreifen. Wird die Düsennadel vom Kraftstoffdruck beaufschlagt, werden durch die Hubbewegung der Düsennadel zugleich die Spritzlöcher geöffnet. Die Öffnungsquerschnitte hängen ab von der Größe des maximalen Hubs, der einstellbar ist. Als nachteilig an dieser Kraftstoffeinspritzdüse wird empfunden, daß bedingt durch sich während eines Einspritzvorgangs aufgrund des Druckverlaufs ändernde Öffnungsquerschnitte der Spritzlöcher zumindest phasenweise ein nicht stabiles und wegen Reibungseinflüssen auch nicht reproduzierbares Bewegungsverhalten der Düsennadel resultiert, was sich auf die Strahlausbildung ungünstig auswirkt.

Bei einer Kraftstoffeinspritzdüse nach der DE 36 23 364 A1 werden je nach Drehlage eines Schiebers eine größere oder kleinere Anzahl von Spritzlöchern an einem Düsenkörper freigegeben. Die axialverschiebliche Düsennadel dient allein dazu, den Kraftstoffluß zu den Spitzlöchern freizugeben. Die Drehlage des Sperrschiebers ist unabhängig vom Hub der Düsennadel einstellbar. An dieser Einrichtung ist nachteilig, daß die Einspritzquerschnitte nicht stufenlos variierbar sind. Darüber hinaus ist die Verteilung der aus dem Düsenkörper austretenden Kraftstoffstrahlen über dem Umfang ungleichmäßig.

In der DE 30 02 129 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einer axial verschiebbaren, zwischen einem Düsenkörper und der Düsennadel angeordneten Hülse zur Änderung der Einspritzquerschnitte dargestellt. Bei Teillast liegt die Hülse zum Teil vor den Öffnungen der Bohrungen im Düsenkörper. Wegen der unsymmetrischen einseitigen Abdeckung der Öffnungen kommt es zu einer plötzlichen einseitigen Erweiterung des Strömungsquerschnitts mit entsprechend ungünstigen Auswirkungen auf die Strahlausbildung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Bauweise einer Einspritzdüse mit stufenlos variierbaren Einspritzquerschnitten aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Für eine gute Strahlausbildung ist es günstig, wenn die Spritzlöcher zu Beginn der Einspritzung geöffnet sind und in dieser Stellung unveränderbar während des gesamten Einspritzvorgangs beibehalten werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß Querschnittsveränderungen der Spritzlöcher und die Bewegung der Düsennadel durch separate Verstellmechanismen erfolgen. Die als Hohlnadel ausgebildete Düsennadel dient alleine dazu, den Kraftstoffluß zu den Spritzlöchern freizugeben. In der Düsennadel ist ein drehbares Stellorgan angeordnet. Am Stellorgan sind Teilflächen vorgesehen, die in Anlage an weiteren Teilflächen am Düsenkörper gehalten werden. Die Einspritzquerschnitte werden von stufenförmigen Übergängen der in Umfangsrichtung geneigten Teilflächen gebildet. Die Öffnungsquerschnitte der Spritzlöcher können in den Einspritzpausen durch Verdrehen des Stellorgans den Betriebsbedingungen angepaßt und in der eingestellten Lage offengehalten werden, so daß auch schon zu Beginn der Einspritzung der geeignete Einspritzquerschnitt in voller Öffnung zur Verfügung steht und die Strahlausbildung störungsfrei, d. h. frei von instabilen Zuständen, wie sie etwa von Änderungen der Einspritzquerschnitte herrühren können, in kürzester Zeit erfolgen kann. Nach Anspruch 2 werden die Teilflächen durch eine vorgespannte Feder in Anlage aneinander gehalten. Nach Anspruch 3 wird ein mit dem Stellorgan verbundener Kolben mit dem Kraftstoffdruck beaufschlagt, um die Teilflächen aneinander zu halten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Einspritzdüse;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Düsenkörpers im Bereich der Spritzlöcher in Richtung der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinien II-II gesehen;

Fig. 3 eine Abwicklung des Außenumfangs des Düsenkörpers im Bereich der Spritzlöcher.

Die in Fig. 1 in einem Längsschnitt dargestellte Einspritzdüse 1 umfaßt ein Stellorgan 2 und einen Düsenkörper 3. Das Stellorgan 2 ist als Welle ausgebildet und, wie durch einen Pfeil angedeutet, verdrehbar gelagert. Stellorgan 2 und Düsennadel 5 sind im Düsenkörper 3 aufgenommen. Der Düsenkörper 3 enthält die Kanäle 7 zur Zuführung des Kraftstoffs zu den Spritzlöchern 4. Das Stellorgan 2 und der Düsenkörper 3 liegen im Bereich der Spritzlöcher 4 an Teilflächen 11 und 12 aneinander an, die in Umfangsrichtung geneigt sind und durch Stufen ineinander übergehen. Die Spritzlöcher 4 werden von den Stufen gebildet und liegen in gleicher Höhe gleichmäßig auf einem Umfang verteilt angeordnet, wie in der Querschnittsansicht in Fig. 2 dargestellt. Den sägezahnförmigen Verlauf der Anlageflächen zeigt die Abwicklung des Außenumfangs des Düsenkörpers nach Fig. 3. Zur Änderung der Einspritzquerschnitte wird das Stellorgan 2 mittels einer geeigneten Einrichtung, die jedoch nicht dargestellt ist, gegen den Düsenkörper 3 verdreht. Das Stellorgan 2 wird in den Einspritzpausen durch eine Feder 8 in Anlage an den Teilflächen am Bauteil 3 gehalten. Damit das Stellorgan 2 auch während der Einspritzung - im Bereich der Spritzlöcher wirkt am Stellorgan 2 der Kraftstoffdruck - in Anlage am Düsenkörper 3 gehalten wird, ist das Stellorgan 2 zur Kompensation der aus der Beaufschlagung mit dem Kraftstoffdruck herrührenden Axialkräfte mit einem Kolben 9 versehen, der in umgekehrter Richtung mit dem Kraftstoffdruck beaufschlagt ist. Die Zufuhr von Kraftstoff zum Kolben 9 erfolgt mit dem Kanal 10. Der Kolben 9 ist mit Stellorgan 2 verschraubt oder in anderer Weise daran befestigt. Der Kolben 9 kann auch einstückig mit dem Stellorgan 2 ausgebildet sein. Bei einstückiger Ausbildung des Stellorgans 2 mit dem Kolben 9 ist der Spritzlochträger aus Einbaugründen als separates Teil auszubilden, das am Stellorgan 2 zu befestigen ist.

Bei der Einspritzung hebt der Kraftstoffdruck die am Stellorgan 2 geführte hülsenförmige Düsennadel 5 gegen die Kraft der Feder 6 von ihrem Sitz ab, so daß der Kraftstoff vor die Spritzlöcher 4 gelangt. Der Kraftstoff wird beispielsweise von einer als Hubkolbenpumpe ausgebildeten, nicht näher dargestellten Einspritzpumpe gefördert. Da die Düsennadel und der Düsenkörper 3 materiell und funktionell separate Bauteile darstellen, ist die Hubbewegung der Düsennadel auf die Öffnung der Spritzlöcher und damit auf die Strahlausbildung ohne Einfluß. Die Einspritzquerschnitte werden allein durch Verdrehung des Stellorgans 2 gegen den Düsenkörper 3 gesteuert. Auf diese Weise können stufenlos beliebige Öffnungsquerschnitte in Abhängigkeit von der Drehzahl, dem Kraftstoffdruck oder anderen Parametern voreingestellt werden. Die voreingestellten Einspritzquerschnitte stehen während des gesamten Einspritzvorgangs, also auch insbesondere zu Beginn und am Ende der Einspritzung, zur Verfügung, so daß die Strahlausbildung in kürzester Zeit stabil und störungsfrei in optimaler Weise erfolgen kann. Wenn die Düsennadel 5 durch die Wirkung der Feder 6 bei nachlassendem Kraftstoffdruck auf ihren Sitz am Bauteil 3 zurückgeführt wird, wird der Kraftstoffzufluß zu den Spritzlöchern unterbrochen und damit der Einspritzvorgang beendet. Die in den Figuren dargestellte Kraftstoffeinspritzdüse mit zur Variation der Einspritzquerschnitte in der Drehlage zueinander verstellbarem Stellorgan 2 ist fertigungstechnisch günstig. Die ebenen Paßflächen, an denen Stellorgan 2 und Düsenkörper 3 aneinander anliegen, sind gut zugänglich und können somit ohne Schwierigkeiten in der erforderlichen Weise bearbeitet werden.

Claims (3)

1. Kraftstoffeinspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, mit einer in einem Düsenkörper axial geführten, in Richtung der Kraftstoffströmung schließenden, hülsenförmigen Düsennadel, die bei geschlossenem Ventil im Düsenkörper an einer Dichtfläche abgestützt ist, mit Spritzlöchern zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum, deren Querschnitte durch eine relative Verschiebung zweier Teilflächen lastabhängig steuerbar sind, wobei die Querschnittsveränderung der Spritzlöcher und die Bewegung der Düsennadel durch separate Verstellmechanismen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bohrung der Düsennadel (5) ein im wesentlichen drehbares Stellorgan (2) angeordnet ist, daß am brennraumseitigen Ende des Stellorgans (2) radial ausgerichtete, in Umfangsrichtung geneigte erste Teilflächen (12) vorgesehen sind, die durch Stufen ineinander übergehen, daß am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers (3) gleichartige, zweite Teilflächen (11) angeordnet sind, die an den ersten Teilflächen (12) anliegen und im Bereich der stufenförmigen Übergänge die Einspritzquerschnitte begrenzen, und daß zum Verstellen der Einspritzquerschnitte das Stellorgan (2) gedreht wird.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Teilflächen (12) an den zweiten Teilflächen (11) mittels einer vorgespannten Feder (8) in Anlage gehalten sind, die am Stellorgan (2) angreift.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage der ersten und zweiten Teilflächen (12, 11) durch den Kraftstoffdruck erfolgt, der einen mit dem Stellorgan (2) verbundenen Kolben (9) beaufschlagt.