DE4340305C2 - 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 40 17 391 C2 ist eine derartige Kraftstoffeinspritz­ düse mit einer auf ihren Ventilsitz gedrückten und nach außen öffnenden Düsennadel sowie mit einer diese Düsennadel umgebenden Hohlnadel mit einem von einer Druckstufe begrenzten Druckraum in einer zu einem Düsenraum der Düsennadel führenden Kraftstoffzu­ führleitung bekannt, bei der bei angehobener Hohlnadel der Dü­ senraum hochdruckbeaufschlagbar und die Verbindung zwischen dem Düsenraum und dem Brennraum durch die Düsennadel steuerbar ist, wobei beim Öffnungshub der Düsennadel die Nadelbewegung verzö­ gernde Steuermittel vorgesehen sind.

Bei dieser Ausführung befinden sich an dem dem Brennraum abge­ wandten Ende der Hohlnadel zwei abgestimmte Druckfedern zur Selbstregulierung des Kraftstoffdruckes, von denen die erste Druckfeder einen Austrittsquerschnitt für den Motorleerlauf bzw. für den unteren Drehzahl- und Lastbereich freigibt, während durch Überwindung der zweiten Druckfeder der Spritzlochquer­ schnitt sich der steigenden Drehzahl und Last anpaßt.

Ferner ist aus der DE 41 15 477 A1 eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einer die Düsennadel umgebenden Hohlnadel sowie eine zusätz­ liche Kraftstoffverbindung zur Rückseite der Düsennadel bekannt.

Bei dieser Kraftstoffeinspritzdüse handelt es sich um eine ma­ gnetventilgesteuerte Düse mit nach innen öffnender Düsennadel und einer durch eine Schiebersteuerung unterbrechbaren Kraft­ stoffverbindung zur Düsennadelrückseite. Hier ist ein Wirkprin­ zip beschrieben mit einer Einspritzung, bei der zunächst die Einspritzdüse über eine erste Gruppe von Spritzöffnungen arbei­ tet. Sobald ein Schaltorgan umschaltet, steht neben der ersten Gruppe von Spritzöffnungen eine weitere Gruppe von Spritzöffnun­ gen zur Verfügung.

Aus der DE 32 27 742 C2 sind magnetventilgesteuerte Kraftstoff­ einspritzdüsen eines nach dem Common-Rail-Systems arbeitenden Kraftstoffeinspritzsystems bekannt. Jede dieser Kraftstoffein­ spritzdüsen ist mit einer nach innen öffnenden Düsennadel und einem düsennadelrückseitig angeordneten Druckraum versehen. Zwi­ schen dem Druckraum und der Nadel spitze befindet sich ein Strö­ mungsverbinder mit einer Drosselanordnung, durch die in Abstim­ mung mit einem Speichervolumen der gewünschte Druckabfall bei aktiviertem Magnetventil gewählt wird. Bei dieser hohlnadellosen Ausführung findet somit die Druckentlastung lediglich eines dü­ sennadelseitig gelegenen Druckraumes statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen an einer Kraftstoffeinspritzdüse der gattungsgemäßen Art vorzusehen, die brennraumseitig einen variabel steuerbaren Öffnungsquerschnitt der Schlitzdüse sowie im Bedarfsfall eine weitgehend frei wähl­ bare Voreinspritzung ermöglicht.

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

In den Unteransprüchen sind förderliche Weiterbildungen der Er­ findung angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ist eine hydraulische Zu­ haltung von Düsennadel und Hohlnadel geschaffen, wobei die Druckentlastung beider Zuhaltungen mittels Steuerventil und Drossel 13 erfolgt. Durch die Anordnung der Hohlnadel ist eine Hochdruckentlastung der Schlitzdüse erreicht und somit ein dich­ tender Sitz der Düsennadel sichergestellt. Außerdem ist für die Zuhaltung der Hohlnadel ein Hydraulikmittel verwendet, das be­ reits für die Zuhaltung der Düsennadel eingesetzt ist.

Durch die Anordnung einer nach außen öffnenden Schlitzdüse ist eine besondere Steuerung des Spritzquerschnitts und damit der Einspritzmenge realisierbar, da der brennraumseitige Öffnungs­ querschnitt der Schlitzdüse durch gezielte Druckentlastung auf der Rückseite der Düsennadel mittels Steuerventil so steuerbar ist, daß der Hub der Düsennadel stufenlos einstellbar begrenzt werden kann. Auf diese Weise ist auch eine kennfeldgesteuerte Regelung des Düsennadelhubes bzw. des Spritzquerschnitts mög­ lich.

Drossel 13 und Drossel 29 sind mit verschieden großen Drossel­ querschnitten versehen, um bei Aktivierung des Magnetventiles eine für die Einspritzung notwendige Entlastung des Druckraumes zu erzielen, zugleich aber auch eine Hochdruckverbindung zum Dü­ senraum herzustellen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand eines Ausführungsbeispieles im folgenden näher beschrieben.

Eine Kraftstoffeinspritzdüse 1 mit variablen Spritzquerschnitten ist als Schlitzdüse mit nach außen öffnender Düsennadel 2 ausge­ bildet, 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 Sitzflä­ che 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 einen 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 Kraftstoffeinspritzdü­ sen (nicht dargestellt) verbundene Kraftstoffzuführleitung 12, von der eine mit einer Drossel 13 versehene Zuleitung 14 ab­ zweigt 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 der der Druckstufe 9. Die Hohlnadel 6 wird somit durch den Hoch­ druck 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 Rückstellfe­ der 17 aufweist.

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

Ein tassenförmiges Druckstück 22 ist mit der Düsennadel 2 an ih­ rem freien Nadelende fest verbunden und begrenzt einen untenlie­ genden ringförmigen Druckraum 23, der einerseits über eine Ver­ bindungs- und Ringleitung 24, 25 und andererseits über eine ein Rückschlagventil 26 aufweisende Kurzleitung 27 mit der Steuer­ leitung 18 verbunden ist. Zwischen der Mündungsstelle 28 der Ringleitung 25 und dem Magnetankerschaft 21 enthält die Steuer­ leitung 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.

Wirkungsweise

Die Kraftstoffeinspritzdüse 1 befindet sich in der dargestellten Lage in Schließstellung, das Steuerventil 19 bzw. Magnetventil ist unbestromt und die Druckstufe 9 der Hohlnadel 6 sowie die Rückseite der Hohlnadel 6 über die in der Zuleitung 14 angeord­ nete Drossel 13 sind hochdruckbeaufschlagt. Die Hohlnadel wird auf ihrem Kegelsitz 7 durch die gegenüber der Druckstufe relativ große Druckangriffsfläche auf der Rückseite der Hohlnadel 6 ge­ halten und unterbindet somit eine Hochdruckverbindung in den Dü­ senraum 8.

Der Hochdruck wirkt auch über das Rückschlagventil 26 auf eine Ringfläche des tassenförmigen Druckstücks 22, das die Düsennadel 2 auf ihren Ventilsitz 32 drückt.

Sobald das Magnetventil 19 bestromt wird, erfolgt eine Entla­ stung 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 Nadel­ dämpfung an der Nadelaufhängung erfolgt. Das Druckstück 22 ver­ drängt während des Nadelöffnens ein definiertes Volumen im Ring­ raum 23, das über die Drossel 30 abgesteuert wird und das Na­ delöffnen definiert verzögert. Dadurch wird der effektive Spritzquerschnitt in Abhängigkeit von der Schaltdauer des Ma­ gnetventiles 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.

Claims (4)

1. Kraftstoffeinspritzdüse für eine Brennkraftmaschine mit einer auf ihren Ventilsitz gedrückten, nach außen öffnenden Düsenna­ del, die an ihrem brennraumseitigen Ende als Schlitzdüse ausge­ bildet ist, und einer die Düsennadel umgebenden Hohlnadel mit einem von einer Druckstufe begrenzten Druckraum in einer zu ei­ nem Düsenraum der Düsennadel führenden Kraftstoffzuführleitung, wobei bei angehobener Hohlnadel der Düsenraum hochdruckbeauf­ schlagbar und die Verbindung zwischen dem Düsenraum und dem Brennraum durch die Düsennadel steuerbar ist, und mit beim Öff­ nungshub der Düsennadel die Nadelbewegung verzögernden Steuer­ mitteln, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Kraftstoffzuführleitung (12) abzweigende und mit einer Drossel (13) versehene Zuleitung (14) in einen Steuer­ raum (15) führt, in dem das dem Brennraum abgewandte Ende der Hohlnadel (6) mit dem Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist, und daß stromab der Drossel (13) eine Verbindung einerseits zu einem die Druckentlastung steuernden Steuerventil (19) und anderer­ seits zu einem Druckraum (23) führt, über den das abgewandte En­ de der Düsennadel (2) in deren Schließrichtung druckbeaufschlag­ bar ist.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Steuerventil (19) hinführende Verbindung eine von der Zuleitung (14) abzweigende und eine Drossel (29) aufweisende Steuerleitung (18) ist und daß der Durchlaßquerschnitt dieser Drossel (29) größer ist als der Durchlaßquerschnitt der Drossel (13).

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Druckraum (23) hinführende Verbindung eine von der Steuerleitung (18) stromauf der Drossel (29) wegführende und mit einem Rückschlagventil (26) versehene Kurzleitung (27) ist und daß der ringförmig ausgebildete Druckraum (23) durch ein auf der Rückseite der Düsennadel (2) angeordnetes tassenförmiges Druck­ stück (22) begrenzt ist und über eine Verbindungsleitung (24) und Ringleitung (25) mit der Steuerleitung (18) verbunden ist, von denen die Verbindungsleitung (24) eine Drossel (30) enthält.

4. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (19) als Magnetventil mit einem die Druck­ entlastung auf der Rückseite der Hohlnadel (6) bewirkenden Ma­ gnetanker (20) ausgebildet ist.