EP0851118A1 - Einspritzdüse mit in Strömungsrichtung öffnendem Einspritzventil - Google Patents

Einspritzdüse mit in Strömungsrichtung öffnendem Einspritzventil Download PDF

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EP0851118A1
EP0851118A1 EP97121399A EP97121399A EP0851118A1 EP 0851118 A1 EP0851118 A1 EP 0851118A1 EP 97121399 A EP97121399 A EP 97121399A EP 97121399 A EP97121399 A EP 97121399A EP 0851118 A1 EP0851118 A1 EP 0851118A1
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EP
European Patent Office
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pressure
valve
fuel
injection
injection nozzle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97121399A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Prillwitz
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LOrange GmbH
Original Assignee
LOrange GmbH
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Publication date
Application filed by LOrange GmbH filed Critical LOrange GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F2007/0097—Casings, e.g. crankcases or frames for large diesel engines

Definitions

  • the invention relates to an injection nozzle for fuel injection devices of internal combustion engines, which is connected to a high-pressure fuel line and has an injection valve opening in the flow direction of the fuel or to the combustion chamber, in which a fuel pressure (closing pressure P s ) and / or a spring force acts in the closing direction and a fuel pressure (opening pressure) in a pressure chamber acts via a piston in the opening direction of the injection valve.
  • a high-pressure pump delivers fuel from a low-pressure room into one for everyone Injectors common high-pressure supply line (common rail) and installed there Fuel pressure level that is independent of the engine speed for injection Available.
  • Fuel lines then lead from the supply line to the individual, injecting into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied from. These each have an injection valve, which shows the way of the fuel over the Injection openings of the injection nozzle in the combustion chamber intermittently close and open.
  • the Fuel pressure applied to the injection nozzle is used to actuate the injection valve used in the opening and closing directions by adding another valve in the opening direction acting fuel pressure on the injector releases, so that fuel over the injection ports can be injected.
  • the in Fuel pressure acting in the opening direction blocked, so that a constantly in the closing direction acting spring force and fuel pressure leads to a rapid closing of the injection valve.
  • Injection valves (co-current nozzles) opening in the direction of flow of the fuel have the Advantage that the injection openings are closed in the combustion chamber during the combustion process are protected from contamination and soot. This is particularly so of importance if the injection valve is only intermittent, for example for pilot injection is in operation and an additional injection valve for the primary fuel supply which has the combustion chamber the fuel necessary for primary combustion feeds. This can be a gas or heavy oil, while the secondary, in Injection valve opening the flow direction of the combustion chamber with diesel oil or other media like water supplies. Depending on the design of the injection nozzle, the one acting on the injection valve is Closing or opening pressure by means of a mostly electromagnetically operated control valve controllable.
  • the injection nozzle is a fuel pressure actuated directional control valve that connects to control the opening pressure (Connecting line) between the pressure chamber and the high-pressure fuel line closes and opens, the fuel pressure in the high-pressure fuel line in the opening direction of the directional control valve acts in the closing direction from a fuel pressure (control pressure) charged Wegevenil.
  • the invention makes itself under high pressure in the combustion chambers of the internal combustion engine
  • This has the advantage that in addition to that for the actuation of the injection nozzle anyway available fuel no separate control fluid is required.
  • water injection is also possible, in which case the connection to a high pressure water supply.
  • the control of the opening pressure is by means of A 2/2-way valve is provided, which connects the high-pressure fuel line and a pressure chamber closes and opens so that the pressure in the pressure chamber Opening pressure via a separately movable or directly on the injection valve Piston actuated the injector. Additional drives or control circuits for actuating the Pistons are therefore unnecessary.
  • the 2/2-way valve is designed with a valve chamber and a closing element, that the fuel pressure permanently applied in the valve chamber closes the closing member in the opening direction pressurized while at an end of the Closing member this is acted upon by a control pressure in the closing direction. That from 2/2-way valve acted on by control pressure is in turn periodic by means of a control valve can be relieved of pressure so that by simply switching off fuel, for example into an overflow, opened due to the opening pressure permanently applied to the 2/2-way valve is so that the opening pressure can now actuate the injection valve in the opening direction.
  • the opening pressure can be controlled by periodically lowering the control pressure ultimately has the advantage that only a tuning of the chokes is required if one Injector to be adapted to engines with different injection characteristics.
  • the design according to the is advantageous for the mechanical stress on the injection valve Features of claim 2, so that between the combustion chamber near and the combustion chamber distant Place the injector is not subject to tensile stress, so that the injector runs lighter can be reacted more quickly to the pressure signals.
  • a simple design of the 2/2-way valve with reliable function goes from the features of claim 4 to 6 before that.
  • a return throttle in the discharge line of the pressure chamber By forming a return throttle in the discharge line of the pressure chamber can on the The speed of the closing movement of the injection valve can be influenced, so that when Closing the injection valve the tensile load in the combustion chamber section of the injection valve is reduced.
  • a flow restrictor is used in the connection between Pressure chamber and the high pressure fuel line the speed of the opening movement determinable.
  • control valve By designing the control valve as an electromagnetic valve, the electronic one opens Controllability of the injection nozzle, which affects a variety of injection parameters Has influence. Furthermore, an electromagnetic control valve is characterized fast switching times.
  • the versions can also be used in connection with the electromagnetic control valve be seen according to claims 12 to 15, since the periodic pressure relief of the 2/2-way valve by opening and closing a drain opening quickly an electromagnetically operated valve member is made possible. In contrast, one would direct electromagnetic actuation of the injection valve and much higher actuation forces thus require increased construction costs on the part of the electromagnetic mechanics.
  • the injection nozzle 1 shown in Fig. 1 is part of a fuel injection device, not shown as described in German patent application 196 40 085.6.
  • This fuel injection device designed according to the memory injection principle is used particularly in large diesel engines, with each combustion chamber an injection nozzle 1 is provided.
  • the present injection nozzle 1 has a main injection valve 2 and for the main injection a second injection valve 3 for pilot injection.
  • the injection valve 3 of the pilot injection as well as its training and interaction with the other valves is the subject the description below.
  • the injection nozzle 1 is connected to a storage line (common rail) 5 via a high-pressure fuel line 4.
  • the storage line 5 is supplied with fuel under high pressure via a fuel pump (not shown).
  • the injection valve 3 is held in the closed position as shown in FIG. 1 by the fuel pressure prevailing in the fuel line 4 - it essentially corresponds to the pressure p C present in the storage line 5 and is opened by a periodically controlled opening pressure P ⁇ .
  • the injection valve 3 is designed in the so-called co-current design, i.e. the injection valve 3 opens in the direction of flow of the injected into the combustion chamber Fuel, i.e. towards the combustion chamber.
  • the injection valve 3 has a Valve head 6, which in the closed position of the injector 3 in the combustion chamber opening injection openings 7 closes.
  • the injection openings 7 are above a nozzle chamber 8 with the fuel line 4 in connection, so that the valve head 6 in the open position of the injection valve 3 releases the injection opening 7 and thus the pilot injection process takes place can.
  • the injection valve 3 is actuated by a separately axially movable piston 10.
  • the stroke of the piston 10 is limited in such a way that it determines the opening stroke of the injection valve 3.
  • the piston 10 has a piston surface 11 located beyond the injection valve 3, which is acted upon in the opening interval by an opening pressure P O prevailing in an adjacent pressure chamber 12 in the opening direction of the injection valve 3, that is to say towards the combustion chamber 9.
  • a pressure shoulder 13 is formed on the injection valve 3 axially between the valve head 6 and the piston 10, which points in the direction of the combustion chamber 9 and is constantly subjected to the closing pressure Ps by the fuel pressure prevailing in the nozzle chamber 8 becomes. Since the opening pressure P ⁇ and the closing pressure P s are approximately the same during the opening interval, the effective area of the pressure shoulder 13 is smaller than the piston area 11 in order to obtain a resulting pressure force F acting in the opening direction.
  • the injection nozzle 1 has a 2/2-way valve 14 and a control valve 15, which are arranged coaxially with the injection valve 3 and interact in the following way:
  • the coaxially between the control valve 15 and the piston 10 located 2/2-way valve 14 has a blind hole-shaped valve chamber 16 connected to the fuel line 4 and a closing member 17 axially movable therein.
  • the valve chamber 16 and the pressure chamber 12 are connected to one another via a coaxial connecting line 18, the valve-side opening 19 of the connecting line 18 being closable by the needle-shaped closing head 20 of the closing element 17.
  • the fuel pressure p c constantly prevailing in the valve chamber 16 acts via a pressure shoulder 21 conically formed on the closing member 17 in the opening direction of the 2/2-way valve 14 or its closing member 17.
  • a piston surface 22 is formed on the end of the closing member 17 opposite the closing head 20, which acts on a closing force which is greater than the opening force acting on the pressure shoulder 21.
  • the closing force periodically controlled by the control valve 15 in accordance with the injection cycle acts on the piston surface 22, which in turn on the control valve side on an axially movable Piston 23 is formed, which in turn actuates the closing member 17 in the closing direction.
  • the Piston surface 22 is in turn dependent on the fuel pressure prevailing in a control line 24 acted upon, the control line 24 via a control throttle 25 to the fuel line 4th connected.
  • the closing speed of the piston 23 and thus also the closing member 17 can be determined.
  • the control line 24 has an outlet opening 26 which is provided by a valve member 28 of the control valve 15 is periodically opened and closed according to the injection interval.
  • the drain opening 26 results in a pressure drop in the control line 24, so that the on the pressure shoulder 21 applied fuel pressure, the directional valve 14 moves in the open position and the opening pressure developing in the pressure chamber 12 is an opening of the injection nozzle 3 causes.
  • the drain opening 26 is included provided a flow restrictor 28, which also causes the operating forces to operate the valve member 27 reduce. The opening and closing of the drain opening 26 thus becomes indirect the opening pressure acting on the injection nozzle 3 is triggered.
  • Another throttle namely the return throttle 29, is used to influence the closing movement of the injection valve 3 is provided in a drain line 30, which during the closing movement of the injection valve 3 or its upstream piston 10, the outflow of fuel from the Pressure chamber 12 is delayed so that the closing process of the injection valve 3 is damped and thus the load on the injection valve, in particular the tensile load in the area of Valve head 6, is reduced.
  • a flow throttle 31 is formed.

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Abstract

Eine an eine Hochdruck-Brennstoffleitung (4) angeschlossene Einspritzdüse für Brennstoffeinspritzvorrichtungen von Brennkraftmaschinen weist ein in Strömungsrichtung des Brennstoffes bzw. zum Brennraum (9) öffnendes Einspritzventil (3) auf, bei welchem ein Brennstoffdruck (Schließdruck Ps) und/oder eine Federkraft in Schließrichtung wirkt. Ein Brennstoffdruck (Öffnungsdruck) in einer Druckkammer (12) wirkt über einen Kolben (10) in Öffnungsrichtung des Einspritzventils (3). Die Einspritzdüse (1) weist ein vom Brennstoffdruck (pC) betätigtes Wegeventil (14) auf, das zur Steuerung des Öffnungsdruckes eine Verbindung (Verbindungsleitung 18) zwischen der Druckkammer (12) und der Hochdruck-Brennstoffleitung (4) schließt und öffnet, wobei der Brennstoffdruck (pC) in der der Hochdruck-Brennstoffleitung (4) in Öffnungsrichtung des Wegeventils (14) wirkt. Das in Schließrichtung von einem Brennstoffdruck (Steuerdruck pSt) beaufschlagte Wegeventil (14) ist mittels eines Steuerventils (15) vom Steuerdruck periodisch druckentlastbar. Derartige Einspritzdüsen eignen sich für Brennstoffeinspritzvorrichtungen, die nach dem sog. "Common-Rail-Prinzip" arbeiten. Die Erfindung hat den Vorteil, daß für die Betätigung der Einspritzdüse neben dem ohnehin zur Verfügung stehenden Brennstoff kein separates Steuerfluid erforderlich ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für Brennstoffeinspritzvorrichtungen von Brennkraftmaschinen, die an eine Hochdruck-Brennstoffleitung angeschlossen ist und ein in Strömungsrichtung des Brennstoffes bzw. zum Brennraum öffnendes Einspritzventil aufweist, bei welchem ein Brennstoffdruck (Schließdruck Ps) und/oder eine Federkraft in Schließrichtung wirkt und ein Brennstoffdruck (Öffnungsdruck) in einer Druckkammer über einen Kolben in Öffnungsrichtung des Einspritzventils wirkt.
Eine solche aus der Patentveröffentlichung DE 195 04 849 A1 bekannte Einspritzdüse kommt bei Brennstoffeinspritzvorrichtungen zum Einsatz, die nach dem sog. "Common-Rail-Prinzip" arbeiten.
Hierbei fördert eine Hochdruckpumpe Brennstoffaus einem Niederdruckraum in eine für alle Einspritzdüsen gemeinsame Hochdruck-Versorgungsleitung (Common-Rail) und baut dort ein Brennstoffdruckniveau auf, das unabhängig von der Motordrehzahl für die Einspritzung zur Verfügung steht. Von der Versorgungsleitung führen dann jeweils Brennstoffleitungen zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine, ragenden Einspritzdüsen ab. Diese weisen jeweils ein Einspritzventil auf, welches den Weg des Brennstoffes über die Einspritzöffnungen der Einspritzdüse in den Brennraum intermittierend schließt und öffnet. Der an der Einspritzdüse anliegende Brennstoffdruck wird hierbei für die Betätigung des Einspritzventils in Öffnungs- und Schließrichtung verwendet, indem ein weiteres Ventil einen in Öffnungsrichtung wirkenden Brennstoffdruck auf das Einspritzventil freigibt, so daß Brennstoff über die Einspritzöffnungen eingespritzt werden kann. Zum Schließen des Einspritzventils wird der in Öffnungsrichtung wirkende Brennstoffdruck gesperrt, so daß eine ständig in Schließrichtung wirkende Federkraft und Brennstoffdruck zu einem raschen Schließen des Einspritzventils führt.
Über eine entsprechende Dimensionierung der vom Brennstoffdruck beaufschlagten Flächen wird gewährleistet, daß die in Öffnungsrichtung wirkende Druckkraft höher ist als die Schließkraft.
In Strömungsrichtung des Brennstoffes öffnende Einspritzventile (Mitstromdüsen) haben den Vorteil, daß die Einspritzöffnungen während des Verbrennungsvorganges im Brennraum geschlossen sind, und so vor Verunreinigung und Verrußung geschützt sind. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Einspritzventil beispielsweise für Piloteinspritzung nur zeitweise in Betrieb ist und für die primäre Brennstoffversorgung die Einspritzdüse ein weiteres Einspritzventil aufweist, welches den Brennraum den für die primäre Verbrennung notwendigen Brennstoff zuführt. Hierbei kann es sich um ein Gas oder Schweröl handeln, während das sekundäre, in Strömungsrichtung öffnende Einspritzventil den Brennraum mit Dieselöl oder anderen Medien wie Wasser versorgt. Je nach Auslegung der Einspritzdüse ist der auf das Einspritzventil einwirkende Schließ- oder Öffnungsdruck mittels eines meist elektromagnetisch betätigten Steuerventils steuerbar.
Bei der Einspritzdüse nach der DE 195 04 849 A1 wirken die beiden Drucke an den gegenüberliegenden Enden des Einspritzventils in entgegengesetzte Richtung, was bei der im Vergleich zu Gegenstromdüsen sehr großen axialen Länge des Einspritzventils zu einer massiven Bauweise führt, um unakzeptable Dehnungen zu vermeiden.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Einspritzdüse anzugeben, bei welchen das nach der Mitstrombauweise ausgeführte Einspritzventil eine kurze Baulänge und eine möglichst niedrige Zugbeanspruchung aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einspritzdüse ein vom Brennstoffdruck betätigtes Wegeventil aufweist, das zur Steuerung des Öffnungsdruckes eine Verbindung (Verbindungsleitung) zwischen der Druckkammer und der Hochdruck-Brennstoffleitung schließt und öffnet, wobei der Brennstoffdruck in der der Hochdruck-Brennstoffleitung in Öffnungsrichtung des Wegeventils wirkt und das in Schließrichtung von einem Brennstoffdruck (Steuerdruck) beaufschlagte Wegevenil.
Die Erfindung macht sich den unter Hochdruck stehenden, in die Brennräume der Brennkraftmaschine einzuspritzenden Brennstoff in zweierlei Weise zu Nutze: zum einen in dem dieser periodisch gesteuert als Öffnungsdruck in Öffnungsrichtung des Einspritzventils wirkt und zum anderen seitens der Einspritzöffnungen der Einspritzdüse als permanent anliegender Schließdruck - als Alternative oder im Zusammenwirken mit einer Federkraft - in Schließrichtung des Einspritzventils wirkt. Dies hat den Vorteil, daß für die Betätigung der Einspritzdüse neben dem ohnehin zur Verfügung stehenden Brennstoff kein separates Steuerfluid erforderlich ist. Statt der Einspritzung von Brennstoffist auch eine Wassereinspritzung möglich, wobei dann der Anschluß an eine Hochdruck-Wasserversorgung vorzunehmen wäre.
Da das Druckniveau von Schließ- und Öffnungsdruck aufgrund der gleichen Druckquelle (Hochdruckpumpe) im wesentlichen gleich sein wird, ist am Einspritzventil eine hydraulische Übersetzung vorgesehen, in dem die vom Öffnugnsdruck beaufschlagte Druckfläche größer ist als die vom Schließdruck beaufschlagte Druckfläche. Dies hat zur Folge, daß während des Einspritzintervalls die auf das Einspritzventil einwirkende Öffnungskraft größer ist als die ihr entgegen wirkende Schließkraft, die aus dem Schließdruck und/oder einer Federkraft resultiert.
Für die periodische Betätigung des Einspritzventils ist die Steuerung des Öffnungsdruckes mittels eines 2/2-Wegeventils vorgesehen, welches die Verbindung zwischen der Hochdruck-Brennstoffleitung und einer Druckkammer schließt und öffnet, so daß der in der Druckkammer anstehende Öffnungsdruck über einen separat beweglichen oder unmittelbar am Einspritzventil ausgebildeten Kolben das Einspritzventil betätigt. Zusätzliche Antriebe bzw. Steuerkreise zur Betätigung des Kolbens erübrigen sich somit.
Das 2/2-Wegeventil ist dabei derart mit einer Ventilkammer und einem Schließglied ausgebildet, daß der in der Ventilkammer permanent anliegende Brennstoffdruck das Schließglied in Öffnungsrichtung beaufschlagt, während an einem jenseits der Ventilkammer gelegenen Ende des Schließgliedes dieses von einem Steuerdruck in Schließrichtung beaufschlagt wird. Das vom Steuerdruck beaufschlagte 2/2-Wegeventil ist wiederum mittels eines Steuerventils periodisch druckentlastbar, so daß durch einfaches Absteuern von Brennstoff, beispielsweise in einen Überlauf, aufgrund des am 2/2-Wegeventils permanent anliegenden Öffnungsdruckes das selbe geöffnet wird, so daß der Öffnungsdruck nun das Einspritzventil in Öffnungsrichtung betätigen kann. Somit ist durch periodische Absenkung des Steuerdruckes der Öffnungsdruck steuerbar, was letztlich den Vorteil hat, daß lediglich eine Abstimmung der Drosseln erforderlich ist, wenn eine Einspritzdüse an Motoren mit unterschiedlichen Einspritzcharakteristiken anzupassen sind.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 19.
Vorteilhaft für die mechanische Beanspruchung des Einspritzventils ist die Ausführung nach den Merkmalen des Anspruches 2, so daß zwischen der brennraumnahen und der brennraumfernen Stelle das Einspritzventil keiner Zugbelastung unterliegt, so daß das Einspritzventil leichter ausgeführt werden kann und somit flinker auf die Drucksignale reagiert. Eine einfache Bauweise des 2/2-Wegeventils bei zuverlässiger Funktion geht aus den Merkmalen des Patentanspruches 4 bis 6 hiervor.
Durch die Ausbildung einer Rücklaufdrossel in der Ablaufleitung der Druckkammer kann auf die Schnelligkeit der Schließbewegung des Einspritzventils Einfluß genommen werden, so daß beim Schließen des Einspritzventils die Zugbelastung im brennraumseitigen Abschnitt des Einspritzventils reduziert wird. In analoger Weise ist mittels einer Vorlaufdrossel in der Verbindung zwischen Druckkammer und der Hochdruck-Brennstoffleitung die Geschwindigkeit der Öffnungsbewegung bestimmbar. Durch eine abgestimmte Dimensionierung der Rücklauf- und Vorlaufdrossel entsprechend den Merkmalen des Patentanspruches 9 wird vermieden, daß übermäßig viel Brennstoff über die Ablaufleitung abfließt, was sich störend auf die Öffnungsbewegung auswirken würde.
Durch die Ausbildung des Steuerventils als elektromagnetisches Ventil, eröffnet sich die elektronische Steuerbarkeit der Einspritzdüse, womit sich auf eine Vielzahl von Einspritzparametern Einfluß nehmen läßt. Desweiteren zeichnet sich ein elektromagnetisches Steuerventil durch schnelle Schaltzeiten aus.
In Zusammenhang mit dem elektromagnetischen Steuerventil können auch die Ausfürungen nach den Ansprüchen 12 bis 15 gesehen werden, da die periodische Druckentlastung des 2/2-Wegeventils durch schnelles Öffnen und Schließen einer Ablauföffnung in idealer Weise mit einem elektromagnetisch betätigten Ventilglied ermöglicht wird. Dem gegenüber würde eine direkte elektromagnetische Betätigung des Einspritzventils weit höhere Betätigungskräfte und somit einen erhöhten Bauaufwand seitens der elektromagnetischen Mechanik erfordern.
Die koaxiale Anordnung der drei Ventile gemäß den Merkmalen der Ansprüche 16 und 17 erlaubt eine sehr schlanke Gestaltung der Einspritzdüse, so daß für ein eventuell notwendiges zweites Einspritzventil (Haupteinspritzventil) ausreichend Platz in der Einspritzdüse verbleibt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
einen Längsschnitt durch eine Einspritzdüse mit zwei Einspritzventilen, wovon eines nach der Mitstrombauweise ausgeführt ist und
Fig. 2
eine Ausschnittsvergrößerung der Einspritzdüse nach Fig. 1 im Bereich des Steuer- und 2/2-Wegeventils.
Die in Fig. 1 gezeigte Einspritzdüse 1 ist Bestandteil einer nicht weiter dargestellten Kraftstoffeinspritzvorrichtung wie sie in der deutschen Patentanmeldung 196 40 085.6 beschrieben ist. Diese nach dem Speicherreinspritzprinzip (Common-Rail-System) ausgeführte Kraftstoffeinspritzvorrichtung kommt insbesondere bei Großdieselmotoren zum Einsatz, wobei je Brennraum eine Einspritzdüse 1 vorgesehen ist.
Die vorliegende Einspritzdüse 1 weist für die Haupteinspritzung ein Haupteinspritzventil 2 sowie ein zweites Einspritzventil 3 für die Piloteinspritzung auf. Das Einspritzventil 3 der Piloteinspritzung sowie dessen Ausbildung und Zusammenwirken mit den weiteren Ventilen ist Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung.
Für die Einspritzung von Pilotbrennstoff ist die Einspritzdüse 1 über eine Hochdruck-Brennstoffleitung 4 an eine Speicherleitung (Common-Rail) 5 angeschlossen. Die Speicherleitung 5 wird über eine nicht weiter dargestellte Brennstoffpumpe mit unter Hochdruck stehendem Brennstoff versorgt. Das Einspritzventil 3 wird über den in der Brennstoffleitung 4 herrschenden Brennstoffdruck - er entspricht im wesentlichen den in der Speicherleitung 5 anliegenden Druck pC - in Schließstellung wie in Fig. 1 dargestellt gehalten und von einem periodisch gesteuerten Öffnungsdruck PÖ geöffnet.
Das Einspritzventil 3 ist, wie weiter in Fig. 2 ersichtlich, in der sog. Mitstrombauweise ausgefährt, d.h. das Einspritzventil 3 öffnet sich in Strömungsrichtung des in den Brennraum eingespritzten Brennstoffes, also in Richtung Brennraum. Hierzu weist das Einspritzventil 3 einen Ventilkopf 6 auf, der bei geschlossener Stellung des Einspritzventils 3 die in dem Brennraum mündenden Einspritzöffnungen 7 verschließt. Die Einspritzöffnungen 7 stehen über eine Düsenkammer 8 mit der Brennstoffleitung 4 in Verbindung, so daß der Ventilkopf 6 bei Offenstellung des Einspritzventils 3 die Einspritzöffnung 7 freigibt und somit der Piloteinspritzvorgang erfolgen kann.
An seinem jenseits des Ventilkopfes 6 gelegenen Ende wird das Einspritzventil 3 von einem separat axial beweglichen Kolben 10 betätigt. Der Kolben 10 ist in seinem Hub derart begrenzt, daß er den Öffnungshub des Einspritzventils 3 bestimmt. Der Kolben 10 weist eine jenseits des Einspritzventils 3 gelegene Kolbenfläche 11 auf, die im Öffnungsintervall von einem in einer angrenzenden Druckkammer 12 herrschenden Öffnungsdruck PÖ in Öffnungsrichtung des Einspritzventils 3, also zum Brennraum 9 hin, beaufschlagt wird. Für die Betätigung des Einspritzventils 3 in Schließrichtung, also entgegengesetzt zur Öffnungsrichtung, ist am Einspritzventil 3 axial zwischen Ventilkopf 6 und Kolben 10 eine Druckschulter 13 ausgebildet, die in Richtung Brennraum 9 weist und ständig vom in der Düsenkammer 8 herrschenden Brennstoffdruck, dem Schließdruck Ps beaufschlagt wird. Da der Öffnungsdruck PÖ und der Schließdruck Ps während des Öffnungsintervalls in etwa gleich sind, ist die wirksame Fläche der Druckschulter 13 kleiner als die Kolbenfläche 11 um eine in Öffnungsrichtung wirkende resultierende Druckkraft F zu erhalten.
Für die periodische Steuerung des Öffnungsdruckes PÖ in der Druckkammer 12 weist die Einspritzdüse 1 ein 2/2-Wegeventil 14 und ein Steuerventil 15 auf, die koaxial zum Einspritzventil 3 angeordnet sind und in folgender Weise zusammenwirken: Das koaxial zwischen Steuerventil 15 und Kolben 10 gelegene 2/2-Wegeventil 14 weist eine an die Brennstoffleitung 4 angeschlossene sacklochförmige Ventilkammer 16 sowie ein darin axial bewegliches Schließglied 17 auf. Die Ventilkammer 16 und die Druckkammer 12 stehen über eine koaxiale Verbindungsleitung 18 miteinander in Verbindung, wobei die ventilseitige Mündung 19 der Verbindungsleitung 18 vom nadelförmigen Schließkopf 20 des Schließgliedes 17 verschließbar ist. Der ständig in der Ventilkammer 16 herrschende Brennstoffdruck pc wirkt über eine am Schließglied 17 konisch ausgebildete Druckschulter 21 in Öffnungsrichtung des 2/2-Wegeventils 14 bzw. dessen Schließglied 17. Am dem Schließkopf 20 gegenüberliegenden Ende des Schließgliedes 17 ist eine Kolbenfläche 22 ausgebildet, auf welche eine Schließkraft einwirkt, die größer ist als die auf die Druckschulter 21 einwirkende Öffnungskraft.
Die entsprechend dem Einspritzzyklus vom Steuerventil 15 periodisch gesteuerte Schließkraft wirkt auf die Kolbenfläche 22 ein, die wiederum steuerventilseitig an einem axial beweglichen Kolben 23 ausgebildet ist, der wiederum das Schließglied 17 in Schließrichtung betätigt. Die Kolbenfläche 22 wiederum wird von dem in einer Steuerleitung 24 herrschenden Brennstoffdruck beaufschlagt, wobei die Steuerleitung 24 über eine Steuerdrossel 25 an die Brennstoffleitung 4 angeschlossen ist. Über die Steuerdrossel 25 ist die Schließgeschwindigkeit des Kolbens 23 und damit auch des Schließgliedes 17 bestimmbar. An ihrem jenseits des Kolben 23 gelegenen Ende weist die Steuerleitung 24 eine Ablauföffnung 26 auf, die von einem Ventilglied 28 des Steuerventils 15 entsprechend des Einspritzintervalls periodisch geöffnet und geschlossen wird. Beim Öffnen der Ablauföffnung 26 kommt es zu einem Druckabfall in der Steuerleitung 24, so daß der an der Druckschulter 21 anliegende Brennstoffdruck das Wegeventil 14 in Offenstellung fährt und der in der Druckkammer 12 sich ausbildende Öffnungsdruck ein Öffnen der Einspritzdüse 3 bewirkt. Um eine hohe Leckage am Steuerventil 15 zu vermeiden, ist die Ablauföffnung 26 mit einer Ablaufdrossel 28 versehen, wodurch sich auch die Betriebskräfte zum betätigen des Ventilgliedes 27 reduzieren. Über das Öffnen und Schließen der Ablauföffnung 26 wird somit mittelbar der auf die Einspritzdüse 3 einwirkende Öffnungsdruck ausgelöst.
Eine weitere Drossel, nämlich die Rücklaufdrossel 29, ist zur Beeinflussung der Schließbewegung des Einspritzventils 3 in einer Ablaufleitung 30 vorgesehen, die bei der Schließbewegung des Einspritzventil 3 bzw. dessen vorgeschalteter Kolben 10 das Abfließen von Brennstoff aus der Druckkammer 12 verzögert, so daß der Schließvorgang des Einspritzventils 3 gedämpft ist und somit die Beanspruchung des Einspritzventils, insbesondere die Zugbelastung im Bereich des Ventilkopfes 6, reduziert wird. Entsprechend ist zur Beeinflussung der Öffnugnsgeschwindigkeit des Einspritzventils 3 in der Verbindungsleitung 18 zwischen Ventilkammer 16 und Druckkammer 12 eine Vorlaufdrossel 31 ausgebildet.
Bezugszeichenliste
1
Einspritzdüse
2
Haupteinspritzventil
3
zweites Einspritzventil
4
Hochdruck-Brennstoffleitung
5
Speicherleitung
6
Ventilkopf
7
Einspritzöffnung
8
Düsenkammer
9
Brennraum
10
Kolben
11
Kolbenfläche
12
Druckkammer
13
Druckschulter
14
2/2-Wegeventil
15
Steuerventil
16
Ventilkammer
17
Schließglied
18
Verbindungsleitung
19
Mündung
20
Schließkopf
21
Druckschulter
22
Kolbenfläche
23
Kolben
24
Steuerleitung
25
Steuerdrossel
26
Ablauföffnung
27
Ventilglied
28
Ablaufdrossel
29
Rücklaufdrossel
30
Ablaufleitung
31
Vorlaufdrossel
pÖ
Öffnungsdruck
pC
Brennstoffdruck
pS
Schließdruck
FD
Druckkraft
FS
Schließkraft
FÖ
Öffnungskraft

Claims (19)

  1. Einspritzdüse für Brennstoffeinspritzvorrichtungen von Brennkraftmaschinen, die an eine Hochdruck-Brennstoffleitung (4) angeschlossen ist und ein in Strömungsrichtung des Brennstoffes bzw. zum Brennraum (9) öffnendes Einspritzventil (3) aufweist, bei welchem ein Brennstoffdruck (Schließdruck Ps) und/oder eine Federkraft in Schließrichtung wirkt und ein Brennstoffdruck (Öffnungsdruck) in einer Druckkammer (12) über einen Kolben (10) in Öffnungsrichtung des Einspritzventils (3) wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (1) ein vom Brennstoffdruck (pC) betätigtes Wegeventil (14) aufweist, das zur Steuerung des Öffnungsdruckes eine Verbindung (Verbindungsleitung 18) zwischen der Druckkammer (12) und der Hochdruck-Brennstoffleitung (4) schließt und öffnet, wobei der Brennstoffdruck (PC) in der Hochdruck-Brennstoffleitung (4) in Öffnungsrichtung des Wegeventils (14) wirkt und das in Schließrichtung von einem Brennstoffdruck (Steuerdruck pSt) beaufschlagte Wegeventil (14) mittels eines Steuerventils (15) vom Steuerdruck periodisch druckentlastbar ist.
  2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließdruck (Ps) bzw. die Federkraft an einer brennraumnahen Stelle und der vom Öffnungsdruck periodisch betätigte Kolben (10) an einer brennraumfernen Stelle auf das Einspritzventil (3) einwirkt.
  3. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die brennraumnahe Stelle am Einspritzventil (3) als dem Brennraum (9) zugewandte, ringförmige Druckschulter (13) ausgeführt ist.
  4. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventil (14) eine an die Hochdruck-Brennstoffleitung (4) angeschlossene Ventilkammer (16) und ein Schließglied (17) aufweist, welches die Verbindung (18) zwischen der Druckkammer (12) und der Ventilkammer (16) schließt und öffnet, wobei der in der Ventilkammer (16) herrschende Brennstoffdruck das Schließglied (17) in dessen Öffnungsrichtung beaufschlagt.
  5. Einspritzdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (17) eine Druckschulter (21) und eine Kolbenfläche (22) aufweist, wobei der Brennstoffdruck der Ventilkammer (16) die Druckschulter (21) in Öffnungsrichtung des Wegeventils (14) betätigt und der die Kolbenfläche (22) beaufschlagende Brennstoffdruck in Schließrichtung wirkt und die wirksamen Druckflächen von Druckschulter (21) und Kolbenfläche (22) derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Schließkraft höher ist als die Öffnungskraft.
  6. Einspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenfläche (22) an einem separat beweglichen Kolben (23) ausgebildet ist, der das Wegeventil (14) in Schließrichtung betätigt.
  7. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (12) zur Steuerung der Schließbewegung des Einspritzventils (3) über eine Drossel (Rücklaufdrossel 29) mit einer Ablaufleitung (30) in Verbindung steht.
  8. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung (18) zwischen der Druckkammer (12) und der Hochdruck-Brennstoffleitung eine Drossel (Vorlaufdrossel 31) zur Steuerung der Öffnungsbewegung vorgesehen ist.
  9. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (12) eine Rücklaufdrossel (29) und eine Vorlaufdrossel (31) aufweist, wobei der wirksame Drosselquerschnitt der Vorlaufdrossel (31) größer ist als der der Rücklaufdrossel (29).
  10. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckkammer (12) ein separat beweglicher Kolben (10) angeordnet ist, der bei Beaufschlagung mit Brennstoffdruck das Einspritzventil (3) betätigt.
  11. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (15) ein elektromagnetisch betätigtes Ventil ist.
  12. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beaufschlagung des Wegeventils (14) in Schließrichtung mit Brennstoffdruck (pC) zwischen der Hochdruck-Brennstoffleitung (4) und dem Wegeventil (14) eine Steuerleitung (24) vorgesehen ist, die mittels des an der Steuerleitung vorgesehenen Steuerventils (15) druckentlastbar ist.
  13. Einspritzdüse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (24) über eine Drossel (Steuerdrossel 25) an die Hochdruck-Brennstoffleitung (4) angeschlossen ist.
  14. Einspritzdüse nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (15) ein Ventilglied (27) aufweist, welches eine Ablauföffnung (26) in der Steuerleitung (24) öffnet bzw. schließt.
  15. Einspritzdüse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ablauföffnung (26) eine Drossel (Ablaufdrossel 28) vorgesehen ist.
  16. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (3,14,15) der Einspritzdüse (1) koaxial hintereinander angeordnet sind.
  17. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventil (14) axial zwischen dem Steuerventil (15) und dem Einspritzventil (3) angeordnet ist.
  18. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (1) ein Düsengehäuse aufweist, welches das Einspritzventil (3) zur Einspritzung eines Pilotbrennstoffes und ein weiteres, radial beabstandetes Einspritzventil (2) zur Einspritzung eines Hauptbrennstoffes aufweist.
  19. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventil (14) ein 2/2-Wegeventil ist.
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