DE4340305A1 - Kraftstoffeinspritzdüse für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für eine Brennkraftmaschine nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der DE-OS 20 28 442 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse bekannt, bei der unter hohem Druck stehender Kraftstoff in einen Düsenraum sowie in einen an dem der Einspritzseite abgewandten Ende der Düsennadel vorgesehenen Druckraum gelangt. Sobald der Druckraum durch ein piezoelektrisch betriebenes Steuerventil mit einer Entlastungsleitung verbunden wird, bricht der hohe Druck im Druckraum zusammen und die Düsennadel hebt von deren Ventilsitz ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen an einer Kraftstoffeinspritzdüse der gattungsgemäßen Art vorzusehen, die eine variable Einspritzverlaufsformung sowie im Bedarfsfall eine weitgehend frei wählbare Voreinspritzung ermöglichen.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

In den Unteransprüchen sind förderliche Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ist in der Einspritzpause die Hochdruckverbindung bis zum Düsenraum der Düsennadel durch die Hohlnadel unterbrochen, die erst bei Druckentlastung die Hochdruckverbindung zum Düsenraum freigibt und ein Öffnen der Düsennadel in gesteuerter Weise durch eingesetzte Steuermittel bewirkt.

Durch die Anordnung einer nach außen öffnenden Schlitzdüse ist eine besondere Steuerung des Spritzquerschnitts und damit der Einspritzmenge realisierbar, da der brennraumseitige Öffnungsquerschnitt der Schlitzdüse durch gezielte Druckentlastung auf der Rückseite der Düsennadel mittels eines Steuerventiles oder aber durch mechanische Mittel steuerbar, die den Hub der Düsennadel stufenlos einstellbar begrenzen. Auf diese Weise ist auch eine kennfeldgesteuerte Regelung des Düsennadelhubes bzw. des Spritzquerschnitts möglich.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anhand von Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse mit hydraulischer Steuerung des Düsennadelhubes und

Fig. 2 die Kraftstoffeinspritzdüse mit mechanischer Steuerung des Düsennadelhubes.

Eine Kraftstoffeinspritzdüse 1 mit variablen Spritzquerschnitten ist als Schlitzdüse mit nach außen öffnender Düsennadel 2 ausgebildet, deren Nadelspitze aus einem im Düsenkörper 3 geführten Schlitzkörper 4 besteht. Der gegenüber diesem Schlitzkörper 4 durchmessermäßig kleinere Nadelschaft 5 der Düsennadel 2 ist von einer Hohlnadel 6 umgeben, die mit ihrer kegelförmigen Sitzfläche 6a auf einem Kegelsitz 7 des Düsenkörpers 3 liegt. Unterhalb des Kegelsitzes 7 befindet sich der von einer Druckschulter 4a des Schlitzkörpers 4 begrenzte Düsenraum 8, der mit allen Schlitzen 4b ständig verbunden ist.

Die Hohlnadel 6 weist etwa in ihrer Längsmitte eine Druckstufe 9 sowie einen Druckraum 10 und einem von diesem ausgehenden und bis zum Kegelsitz 7 reichenden Ringraum 11 auf. In den Druckraum 10 mündet eine mit einer Hochdruckpumpe über eine gemeinsame Versorgungsleitung (Common Rail) für alle Kraftstoffeinspritzdüsen (nicht dargestellt) verbundene Kraftstoffzuführleitung 12, von der eine mit einer Drossel 13 versehene Zuleitung 14 abzweigt und zu einem auf der Rückseite der Hohlnadel 6 liegenden ringförmigen Steuerraum 15 führt, der von der ringförmigen Stirnfläche der Hohlnadel 6 begrenzt ist.

Der wirksame Druckquerschnitt an der Hohlnadel 6 ist größer als die Druckstufe 9. Die Hohlnadel wird somit durch den Hochdruck am Kegelsitz 7 gehalten.

Die Hohlnadel 6 ist zweiteilig ausgebildet, deren erweiterter Teil an dem der Einspritzseite abgewandten Ende die Düsennadel 2 mit Abstand umgibt und eine Abstützung 16 für eine Rückstellfeder 17 aufweist.

Eine Steuerleitung 18, die von der Zuleitung 14 stromab der Drossel 13 abzweigt, führt zu einem Steuerventil, das als Magnetventil 19 mit einem scheibenförmigen Magnetanker 20 und Magnetankerschaft 21 ausgebildet ist.

Ein tassenförmiges Druckstück 22 gemäß Fig. 1 ist mit der Düsennadel 2 an ihrem freien Nadelende fest verbunden und begrenzt einen untenliegenden Ringraum 23, der einerseits über eine Verbindungs- und Ringleitung 24, 25 und andererseits über eine ein Rückschlagventil 26 aufweisende Kurzleitung 27 mit der Steuerleitung 18 verbunden ist. Zwischen der Mündungsstelle 28 der Ringleitung 25 und dem Magnetankerschaft 21 enthält die Steuerleitung 18 eine Drossel 29. Eine weitere Drossel 30 ist in der Verbindungsleitung 24 vorgesehen.

Eine am Druckstück 22 und gehäuseseitig sich abstützende Feder 31 drückt die Düsennadel 2 auf ihren Ventilsitz 32.

Alternativ zur hydraulischen Steuerungsmaßnahme des Düsennadelhubes und damit des Spritzquerschnitts ist eine mechanische Einflußnahme des Düsennadelhubes in Fig. 2 gezeigt.

Die Düsennadel 2 ist rückseitig mit einem erweiterten Kopfteil 33 mit einer quer zur Nadelachse a verlaufenden schrägen Gleitfläche 34 versehen, die mit einem den Nadelschaft 5 umgebenden keilförmigen Schiebestück 35 nadelhubsteuernd zusammenwirkt. Das Schiebestück 35 ist in einem Gehäuseteil 36 der Einspritzdüse 1 quer zur Nadelachse a geführt und mit einem betriebsparameterabhängig ansteuerbaren Stellglied 37 verbunden.

Wirkungsweise

Die Kraftstoffeinspritzdüse 1 befindet sich in der in Fig. 1 dargestellten Lage in Schließstellung, das Magnetventil 19 ist unbestromt und der Hochdruck wirkt über die Drossel 13 in der Zuleitung 14 auf die Rückseite der Hohlnadel 6 und zugleich im Druckraum 10 auf die kleinere Fläche der Druckstufe 9 der Hohlnadel 6.

Die Hohlnadel wird auf ihrem Kegelsitz 7 gehalten und unterbindet eine Hochdruckverbindung in den Düsenraum 8.

Der Hochdruck wirkt auch über das Rückschlagventil 18 auf eine Ringfläche des tassenförmigen Druckstücks 22, das die Düsennadel 2 auf ihren Ventilsitz 32 drückt.

Sobald das Magnetventil 19 bestromt wird, erfolgt eine Entlastung auf der Rückseite der Hohlnadel 6 durch den größeren Durchlaßquerschnitt der Drossel 29 gegenüber demjenigen der Drossel 13. Der hohe Druck steht nur noch an der Druckstufe 9 der Hohlnadel 6 an, die daraufhin eine Hochdruckverbindung zum Düsenraum 8 herstellt. Die Düsennadel 2 öffnet aufgrund der Druckbeaufschlagung, wobei die Regelung des Düsennadelhubes bzw. des wirksamen Spritzquerschnittes über die hydraulische Nadeldämpfung an der Nadelaufhängung erfolgt. Das Druckstück 22 verdrängt während des Nadelöffnens ein definiertes Volumen im Ringraum 23, das über die Drossel 30 abgesteuert wird und das Nadelöffnen definiert verzögert. Dadurch wird der effektive Spritzquerschnitt in Abhängigkeit von der Schaltdauer des Magnetventiles 19, also mengenabhängig, aufgesteuert.

Bei kurzer Schaltdauer des Magnetventiles 19 und damit geringer Einspritzmenge stellt sich bei teilgeöffneter Düsennadel 2 ein kleiner Spritzquerschnitt ein, jedoch bei langer Schaltdauer und damit großer Einspritzmenge der maximale Spritzquerschnitt.

Bei der Nadelhubsteuerung nach Fig. 2 ist der Hub der Düsennadel stufenlos einstellbar begrenzt durch das mit der Düsennadel 2 zusammenwirkende keilförmige Schiebestück 35, das mit dem Stellglied 37 verbunden ist. Die Ansteuerung kann piezoelektrisch, magnetostriktiv, mechanisch direkt oder indirekt erfolgen. Somit ist auch auf diese Weise der Düsennadelhub bzw. der Spritzquerschnitt steuerbar.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, mit einer durch Kraftstoffdruck auf ihren Ventilsitz gedrückten Düsennadel, mit einer in den vorderen Düsenbereich und zusätzlich in den rückwärtigen Düsenbereich führenden Hochdruckverbindung, wobei der rückwärtige Düsenbereich durch ein Steuerventil druckentlastbar und zugleich die von einem Düsenraum umgebende Düsennadel von ihrem Ventilsitz abhebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (2) von einer bei druckentlastetem rückwärtigem Düsenbereich die Hochdruckverbindung zum Düsenraum (8) der Düsennadel freigebenden Hohlnadel (6) umgeben ist und daß beim Öffnungshub der Düsennadel die Nadelbewegung verzögernde Steuermittel vorgesehen sind.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlnadel (6) rückseitig einen Steuerraum (15) begrenzt, der zum einen mit einer zu dem Steuerventil (19) hinführenden Entlastungsleitung (18) und zum anderen über eine die Drossel (13) enthaltende Zuleitung (14) mit einer Kraftstoffzuführleitung (12) verbunden ist, die zu einem die Hohlnadel (6) umgebenden und von einer Druckstufe (9) begrenzten Druckraum (10) führt, der bei druckentlasteter Hohlnadel (6) mit dem Düsenraum (8) zum Öffnen der Düsennadel (2) verbindbar ist.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil als Magnetventil (19) mit einem die Druckentlastung auf der Rückseite der Hohlnadel (6) bewirkenden Magnetanker (20) ausgebildet und daß in der Entlastungsleitung (18) eine gegenüber der Drossel (13) größere Drossel (29) vorgesehen ist.

4. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (1) als eine den Nadelhub der Düsennadel (2) steuernde und nach außen öffnende Schlitzdüse ausgebildet ist.

5. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite der Düsennadel (2) ein tassenförmiges Druckstück (22) aufweist, das einen ringförmigen Druckraum (23) begrenzt, der über eine Verbindungs- und Ringleitung (24, 25) sowie über eine Kurzleitung (27) mit der Entlastungsleitung (18) verbunden ist, von denen die Kurzleitung (27) ein Rückschlagventil (26) und die Verbindungsleitung (24) eine Drossel (30) enthält.

6. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der Düsennadel (2) einen Kopfteil (33) mit einer schrägen Gleitfläche (34) aufweist, die mit einem von einem Stellglied (37) betätigbaren keilförmigen Schiebekörper nadelhubsteuernd zusammenwirkt.