EP1704322B1

EP1704322B1 - Einspritzdüse

Info

Publication number: EP1704322B1
Application number: EP04802622A
Authority: EP
Inventors: Kilian Bucher; Oezguer Tuerker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2008-01-02
Anticipated expiration: 2024-10-19
Also published as: DE502004005873D1; WO2005059350A1; EP1704322A1; DE10358861A1

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Eine derartige druckgesteuerte Einspritzdüse ist aus der US 2003/0098371 A1 bekannt und umfasst eine als Hohlnadel ausgebildete erste Düsennadel sowie eine koaxial zur ersten Düsennadel angeordnete zweite Düsennadel. Mit der ersten Düsennadel ist eine Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein erstes Spritzloch steuerbar, während mit der zweiten Düsennadel die Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein zweites Spritzloch steuerbar ist. Der ersten, äußeren Düsennadel ist ein erster Federraum zur Aufnahme einer Schließfeder für die äußere Düsennadel zugeordnet. Für die zweite, innere Düsennadel ist ein davon getrennter zweiter Federraum vorgesehen, in dem eine weitere Schließfeder für die innere Düsennadel angeordnet ist. Die äußere Düsennadel ist mit einer Druckschulter einem Düsenraum ausgesetzt, der mittels einer ersten Druckleitung an einen Druckspeicher eines Common-Rails angeschlossen ist. Die innere Düsennadel ist mit einer zweiten Druckleitung ebenfalls an den Druckspeicher des Common-Rails angeschlossen. In der erste und der zweite Druckleitung ist jeweils ein Steuerventil angeordnet, das die jeweilige Düsenadel ansteuert, so dass wahlweise der Raildruck der Druckschulter der äußeren Düsennadel und/oder der Druckschulter der inneren Düsennadel zum Öffnen der jeweiligen Düsennadel zuführbar ist. Die Öffnung der einzelnen Düsennadel erfolgt somit über einen vom Common-Rail gelieferten einheitlichen Öffnungsdruck für jede einzelne Düsennadel mittels des jeweiligen Steuerventils.
Eine weitere druckgesteuerte Einspritzdüse geht aus JP 600 125 767 A hervor. Hierbei sind die beiden Düsennadeln mit jeweils einer Druckschulter, einem gemeinsamen Düsendruckraum ausgesetzt, an dem der Einspritzdruck anliegt.
Rückwärtig und getrennt vom Düsenraum sind den beiden Düsennadeln jeweils Schließfedern in einem gemeinsamen Federraum zugeordnet. Der Öffnungsdruck der beiden Düsennadeln wird über die Schließkraft der jeweiligen Schließfeder eingestellt.
Eine weitere druckgesteuerte Einspritzdüse ist aus DE 44 32 686 A1 bekannt. Bei dieser Einspritzdüse sind für die äußere Düsennadel und die innere Düsennadel jeweils Düsenräume ausgebildet, denen die jeweilige Druckschulter der jeweiligen Düsennadel ausgesetzt ist. Die Druckräume sind an die Kraftstoffleitung, die unter Einspritzdruck steht, angeschlossen. Am rückwärtigen Ende sind den Düsennadeln jeweils in einem gemeinsamen Federraum Schließfedern zugeordnet. Der Öffnungsdruck der jeweiligen Düsennadel wird hierbei ebenfalls über die Schließkraft der Schließfedern eingestellt.
Eine weitere druckgesteuerte Einspritzdüse geht aus GB 2 204 357 A hervor. Bei dieser Einspritzdüse sind koaxiale Düsennadeln ausgebildet, die jedoch zusammen nur eine Lochreihe von Spritzlöchern betätigen.
Bei einer weiteren aus DE 100 58 153 A1 bekannten Einspritzdüse ist die erste Düsennadel direkt mit dem Einspritzdruck steuerbar. Das heißt, die erste Düsennadel öffnet, sobald an einer entsprechenden Druckstufe der ersten Düsennadel ein hinreichend großer Einspritzdruck anliegt. Wenn eine Kraftstoffeinspritzung nur durch das wenigstens eine erste Spritzloch durchgeführt werden soll, wird ein Steuerraum mit einem entsprechend hohen Steuerdruck beaufschlagt, so dass die zweite Düsennadel verschlossen bleibt. Soll eine Kraftstoffeinspritzung zusätzlich durch das wenigstens eine zweite Spritzloch durchgeführt werden, wird im Steuerraum der Druck abgesenkt, bis der an einer entsprechenden Druckstufe an der zweiten Düsennadel angreifende Einspritzdruck ein Öffnen der zweiten Düsennadel bewirkt. Die zweite Düsennadel ist somit nicht durch den Einspritzdruck alleine, sondern zusätzlich durch den im Steuerraum unabhängig vom Einspritzdruck vorgebbaren Steuerdruck gesteuert, was auch als Servosteuerung bezeichnet wird. Der Aufwand zur Realisierung einer derartigen Servosteuerung ist relativ groß.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass sowohl die erste Düsennadel als auch die zweite Düsennadel direkt durch den Kraftstoffhochdruck steuerbar sind, der von der Kraftstoffversorgungseinrichtung bereitgestellt wird und an den Druckstufen der Düsennadeln sowie an der Steuerfläche angreift. Erreicht wird dies durch eine in Öffnungsrichtung wirksame Steuerfläche, die in einem Steuerraum angeordnet ist, in dem der von der Kraftstoffversorgungseinrichtung generierte Kraftstoffhochdruck herrscht. Bei einem ersten Kraftstoffhochdruck, der vergleichsweise niedrig ist, soll eine Kraftstoffeinspritzung nur durch das wenigstens eine erste Spritzloch stattfinden. Dieser erste Kraftstoffhochdruck führt, wenn er an der wenigstens einen ersten Druckstufe der ersten Düsennadel angreift, zum Öffnen der ersten Düsennadel, so dass eine Kraftstoffeinspritzung durch das wenigstens eine erste Spritzloch stattfindet. Obwohl der erste Kraftstoffhochdruck an der zweiten Druckstufe der zweiten Düsennadel und an der Steuerfläche der zweiten Düsennadel in der Öffnungsrichtung der zweiten Düsennadel wirkt, überwiegen an der zweiten Düsennadel beim ersten Kraftstoffhochdruck noch die Schließkräfte, so dass die zweite Düsennadel verschlossen bleibt.
Wenn nun eine Kraftstoffeinspritzung sowohl durch das wenigstens eine erste Spritzloch, als auch durch das wenigstens eine zweite Spritzloch erwünscht ist, wird ein zweiter Kraftstoffhochdruck generiert, der relativ hoch ist, jedenfalls größer als der erste Kraftstoffhochdruck. Da nun dieser zweite Kraftstoffhochdruck auch an der Steuerfläche wirkt, kann die zweite Düsennadel unmittelbar nach oder quasi gleichzeitig mit dem Öffnen der ersten Düsennadel öffnen, da schon ein vergleichsweise geringer Druck an der zweiten Druckstufe ausreicht, das Kräftegleichgewicht an der zweiten Düsennadel so zu verändern, dass nunmehr eine in Öffnungsrichtung wirksame resultierende Kraft entsteht. Durch die unterstützende Öffnungskraft an der Steuerfläche kann die zweite Düsennadel sehr schnell reagieren, so dass eine Kraftstoffeinspritzung durch sämtliche Spritzlöcher sehr schnell gestartet werden kann. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einspritzdüse können aufgrund des schnellen Beginns der vollständigen Kraftstoffeinspritzung durch sämtliche Spritzlöcher hohe Einspritzmengen bei sehr kurzen Spritzzeiten realisiert werden. Die mit Hilfe der Einspritzdüse nach der Erfindung erzielbare Einspritz-Charakteristik entspricht dem Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine, die bei Teillast wenig Kraftstoff benötigt, der jedoch mit einem möglichst hohen Kraftstoffdruck (erster Kraftstoffhochdruck) eingedüst werden soll. Des Weiteren benötigt die Brennkraftmaschine bei Volllast eine große Brennstoffmenge bei verkürzten Einspritzzeiten.
Des Weiteren ist der Aufwand zur Realisierung einer derartigen Einspritzdüse vergleichsweise gering, da insbesondere keine Servosteuerung für die zweite Düsennadel vorgesehen ist.
Um den Druckstufen der Düsennadeln den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff zuführen zu können, ist eine Kraftstoffzuführungsleitung vorgesehen, die an die Kraftstoffversorgungseinrichtung angeschlossen ist. In dieser Kraftstoffzuführungsleitung ist ein Steuerventil angeordnet, das im geöffneten Zustand den von der Kraftstoffversorgungseinrichtung bereitgestellten Kraftstoffhochdruck an die Druckstufen der Düsennadeln durchleitet und im geschlossenen Zustand den Kraftstoffhochdruck von den Druckstufen fernhält. Der Steuerraum kann nun über eine entsprechende Steuerleitung entweder direkt an die Kraftstoffversorgungseinrichtung angeschlossen sein oder indirekt, indem die Steuerleitung stromauf des Steuerventils an die Kraftstoffzuführungsleitung angeschlossen wird. Bei der letzten Bauform muss die Kraftstoffversorgungseinrichtung nicht verändert werden, um die erfindungsgemäße Einspritzdüse zu realisieren. Insbesondere kann die Steuerleitung im Bereich des Steuerventils an die Kraftstoffzuführungsleitung angeschlossen sein, wodurch auch die Kraftstoffzuführungsleitung vom Steuerventil bis zur Kraftstoffversorgungseinrichtung konventionell aufgebaut sein kann.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Steuerraum gedrosselt mit der Kraftstoffversorgungseinrichtung verbunden sein. Mit Hilfe dieser Maßnahme können Druckschwingungen innerhalb dieser Steuerleitung reduziert bzw. gedämpft werden, was die Betriebssicherheit der Einspritzdüse verbessert.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einspritzdüse sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Die einzige Fig. 1 zeigt einen stark vereinfachten, prinzipiellen Längsschnitt durch eine Einspritzdüse nach der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Entsprechend Fig. 1 umfasst eine erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 einen Düsenkörper 2, in dem eine erste Düsennadel 3 sowie eine zweite Düsennadel 4 gelagert sind. Dabei ist die erste Düsennadel 3 in einer ersten Nadelführung 5 hubverstellbar gelagert, die im Düsenkörper 2 ausgebildet ist. Im Unterschied dazu ist die zweite Düsennadel 4 in einer zweiten Nadelführung 6 gelagert, die in der ersten Düsennadel 3 ausgebildet ist. Die erste Düsennadel 3 ist zu diesem Zweck als Hohlnadel ausgestaltet, und die zweite Düsennadel 4 ist koaxial in der ersten Düsennadel 3 angeordnet.
Der Düsenkörper 2 besitzt wenigstens ein erstes Spritzloch 7 sowie wenigstens ein zweites Spritzloch 8. Üblicherweise sind mehrere erste Spritzlöcher 7 und/oder mehrere zweite Spritzlöcher 8 vorgesehen, die dann jeweils in einer Ebene sternförmig angeordnet sein können. Den Spritzlöchern 7, 8 wird über eine Kraftstoffzuführungsleitung 9 Kraftstoff zugeführt. Diese Kraftstoffzuführungsleitung 9 ist einenends an eine Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 angeschlossen und mündet anderenends in einen Düsenraum 11. Dieser Düsenraum 11 geht in einen Ringraum 12 über, der zu den Spritzlöchern 7, 8 führt. Stromauf des wenigstens einen ersten Spritzlochs 7 ist ein erster Dichtsitz 13 angeordnet, der der ersten Düsennadel 3 zugeordnet ist. Dementsprechend kann mit der ersten Düsennadel 3 die Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine erste Spritzloch 7 gesteuert werden. Zwischen dem wenigstens einen ersten Spritzloch 7 und dem wenigstens einen zweiten Spritzloch 8 ist ein zweiter Dichtsitz 14 angeordnet, der der zweiten Düsennadel 4 zugeordnet ist.
Dementsprechend kann mit der zweiten Düsennadel - bei geöffneter erster Düsennadel 3 - die Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine zweite Spritzloch 8 gesteuert werden. Durch die Spritzlöcher 7, 8 kann der Kraftstoff in einen Einspritzraum 15 eingedüst werden, der beispielsweise ein Brennraum oder ein Gemischbildungsraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine sein kann, dem die Einspritzdüse 1 zugeordnet ist.
Die erste Düsennadel 3 besitzt an einem den Spritzlöchern 7, 8 zugewandten Ende eine erste Druckstufe 16. Außerdem besitzt die erste Düsennadel 3 hier im Düsenraum 11 eine weitere erste Druckstufe 16'. Die ersten Druckstufen 16, 16' werden dadurch ausgebildet, dass eine erste Sitzquerschnittsfläche 17 im ersten Dichtsitz 13 kleiner ist als eine erste Führungsquerschnittsfläche 18 in der ersten Nadelführung 5. Die ersten Druckstufen 16, 16' sind den Spritzlöchern 7, 8 zugewandt und erzeugen an der ersten Düsennadel 3 bei einer Druckbeaufschlagung eine in einer Öffnungsrichtung 19 wirksame Kraft.
Die erste Düsennadel 3 bildet hier einen Bestandteil eines ersten Nadelverbands 20, der neben der ersten Düsennadel 3 zumindest eine weitere Komponente umfasst. Im vorliegenden Fall besitzt der erste Nadelverband 20 eine Kopplungshülse 21, die einerseits an der ersten Düsennadel 3 axial abgestützt ist und an der sich andererseits eine erste Schließfeder 22 axial abstützt. Die einzelnen Komponenten des ersten Nadelverbands 20, also hier die erste Düsennadel 3 und die Kopplungshülse 21, können grundsätzlich separate Bauteile sein, die lose aneinander liegen und zwischen sich Druckkräfte übertragen können. Ebenso ist es möglich, zumindest zwei der Komponenten des ersten Nadelverbands 20 aneinander zu befestigen. Des weiten können auch wenigstens zwei Komponenten des ersten Nadelverbands 20 einstückig, also integral ausgestaltet sein. Jedenfalls bilden die Komponenten des ersten Nadelverbands 20 eine gemeinsam verstellbare Einheit.
Die erste Schließfeder 22 ist in einem ersten Federraum 23 angeordnet und stützt sich einerseits am Düsenkörper 2 und andererseits am ersten Nadelverband 20 ab. Die erste Schließfeder 22 ist als Druckfeder ausgestaltet und leitet somit in einer Schließrichtung 24 wirksame Kräfte in den ersten Nadelverband 20 ein.
An der zweiten Düsennadel 4 ist im Bereich des Spritzlöcher 7, 8 eine zweite Druckstufe 25 ausgebildet, die den Spritzlöchern 7, 8 zugewandt ist und somit bei einer Druckbeaufschlagung in der Öffnungsrichtung 19 wirksame Kräfte in die zweite Düsennadel 4 einleitet. Die zweite Druckstufe 25 wird dadurch realisiert, dass eine zweite Führungsquerschnittsfläche 26 in der zweiten Nadelführung 6 größer ist als eine zweite Sitzquerschnittsfläche 27 im zweiten Dichtsitz 14.
Die zweite Düsennadel 4 ist hier Bestandteil eines zweiten Nadelverbands 28, der neben der zweiten Düsennadel 4 eine Kopplungsstange 29 sowie einen Steuerkolben 30 aufweist. Die Kopplungsstange 29 stützt sich einerseits axial an der ersten Düsennadel 4 und andererseits am Steuerkolben 30 ab. Im Unterschied dazu stützt sich der Steuerkolben 30 einerseits axial an der Kopplungsstange 29 und andererseits an einer zweiten Schließfeder 31 ab. Dabei können die einzelnen Komponenten lose aneinander liegen und im Betrieb axiale Druckkräfte untereinander übertragen. Auch hier können die einzelnen Komponenten des zweiten Nadelverbands 28, also zumindest die erste Düsennadel 4, die Kopplungsstange 29 und der Steuerkolben 30, jeweils als separate Bauteile ausgebildet sein, die sich axial aneinander abstützen, ohne dabei aneinander befestigt zu sein. Ebenso ist es möglich, dass wenigstens zwei Komponenten des zweiten Nadelverbands 28 aneinander befestigt sind. Des Weiteren ist es möglich, dass zumindest zwei Komponenten des zweiten Nadelverbands 28 ein integrales einstückiges Bauteil bilden. Jedenfalls bilden die Komponenten des zweiten Nadelverbands 28 eine gemeinsam hubverstellbare Einheit.
Die zweite Schließfeder 31 ist in einem zweiten Federraum 32 angeordnet und stützt sich einerseits am Düsenkörper 2 und andererseits am Steuerkolben 30 ab. Die zweite Schließfeder 31 ist ebenfalls als Druckfeder ausgebildet, so dass sie in der Schließrichtung 24 wirksame Kräfte in den zweiten Nadelverband 28 einleitet.
Erfindungsgemäß ist am zweiten Nadelverband 28 außerdem eine Steuerfläche 33 ausgebildet. Im vorliegenden Fall ist die Steuerfläche 33 am Steuerkolben 30 ausgebildet, und zwar an einer den Spritzlöchern 7, 8 zugewandten Seite. Die Steuerfläche 33 ist in einem Steuerraum 34 angeordnet bzw. begrenzt sie diesen Steuerraum 34 in axialer Richtung. Gleichzeitig trennt der Steuerkolben 30 den Steuerraum 34 vom zweiten Federraum 32 ab. Eine Druckbeaufschlagung der Steuerfläche 33 im Steuerraum 34 führt somit am Steuerkolben 30 zu einer in Öffnungsrichtung 19 wirksamen Kraft, die der Schließkraft der zweiten Schließfeder 31 entgegenwirkt. Insgesamt kann somit durch den Druck im Steuerraum 34 die in Schließrichtung 24 wirksame Kraft der Schließfeder 31 reduziert werden. Insgesamt kann somit an der Steuerfläche 33 eine in Öffnungsrichtung 19 wirksame Kraft in den zweiten Nadelverband 28 eingeleitet werden.
Der Steuerraum 34 steht über eine Steuerleitung 35 mit der Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 in Verbindung. Diese Verbindung zwischen Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 und Steuerraum 34 kann gedrosselt sein, was beispielsweise mit Hilfe einer Steuerdrossel 36 erreicht wird, die hier exemplarisch in der Steuerleitung 35 angeordnet bzw. ausgebildet ist. Die Drosselung ermöglicht eine Dämpfung von Druckschwingungen in der Steuerleitung 35.
Die Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 umfasst hier eine Kraftstoffliochdruckleitung 37, die mit Hilfe einer Kraftstoffhochdruckpumpe 38 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Dabei ist es üblich, dass an die Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 bzw. an deren Kraftstoffhochdruckleitung 37 mehrere Einspritzdüsen 1, die unterschiedlichen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnet sind, angeschlossen sind, so dass die Kraftstoffliochdruckleitung 37 gemeinsam für mehrere Einspritzdüsen 1 den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff bereitstellt, sogenanntes "Common-Rail-System".
Die zu den Spritzlöchern 7, 8 führende Kraftstoffzuführungsleitung 9 der jeweiligen Einspritzdüse 1 ist an die Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 bzw. an deren Kraftstoffhochdruckleitung 37 angeschlossen. Dabei ist in der Kraftstoffzuführungsleitung 9 ein Steuerventil 39 angeordnet, das in der gezeigten Schließstellung die Kraftstoffzuführungsleitung 9 sperrt. Bei geöffnetem Steuerventil 39 kann sich der von der Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 bereitgestellte Kraftstoffhochdruck auch stromab des Steuerventils 39 in der Kraftstoffzuführungsleitung 9 aufbauen.
Grundsätzlich kann die Steuerleitung 35 direkt an die Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 bzw. direkt an deren Kraftstoffhochdruckleitung 37 angeschlossen sein. Im vorliegenden Fall ist die Steuerleitung 35 stromauf des Steuerventils 39 an die Kraftstoffzuführungsleitung 9 angeschlossen. Zweckmäßig erfolgt die Anbindung der Steuerleitung 35 an die Kraftstoffzuführungsleitung 9 in einem Gehäuse 40 des Steuerventils 39. Durch diese Bauweise kann der Aufbau der Einspritzdüse 1 im Bereich der Anbindung an die Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 stromauf des Steuerventils 39 unverändert bleiben.
Das Steuerventil 39 ist hier exemplarisch als hydraulisch betätigbares Ventil ausgestaltet. Mit Hilfe des Steuerventils 39 kann die Kraftstoffversorgungsleitung 9 geöffnet und gesperrt werden. Zur Betätigung des Steuerventils 39 ist ein entsprechendes Schaltventil 43 vorgesehen, das seinerseits beispielsweise als magnetisch betätigbares Schaltventil, also als Magnetventil ausgestaltet sein kann. Das Steuerventil 39 enthält einen Ventilkörper 42, der durch Druckkräfte, die an einander gegenüberliegenden Steuerflächen angreifen, zum Öffnen und Schließen verstellbar ist. Durch eine Öffnungsbetätigung des Magnetventils 43 kann an der einen Fläche des Ventilkörpers 42 im Steuerventil 39 ein Druckabfall erzeugt werden, der ein Öffnen des Ventilkörper 42 bewirkt, mit der Folge, dass die Kraftstoffversorgungsleitung 9 dann mit der Kraftstoffhochdruckleitung 37 verbunden ist. Durch Schließen des Magnetventils 43 wird der Druck an der jeweiligen Fläche des Ventilkörpers 42 wieder aufgebaut, wodurch das Steuerventil 39 schließt und die Kraftstoffversorgungsleitung 9 wieder von der Kraftstoffhochdruckleitung 37 getrennt ist.
Zum Öffnen und Schließen der Kraftstoffversorgungsleitung 9 enthält das Steuerventil 39 eine erste Steuerkante 41. Gleichzeitig kann das Steuerventil 39 entsprechend der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform eine zweite Steuerkante 45 aufweisen, über die die Kraftstoffversorgungsleitung 9 mit einem Rücklauf 46 verbunden werden kann. Die beiden Steuerkanten 41, 45 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass beim Öffnen der ersten Steuerkante 41 zwangsläufig die zweite Steuerkante 45 schließt und umgekehrt. Hierdurch ergibt sich beim Trennen der Kraftstoffversorgungsleitung 9 von der Kraftstoffhochdruckleitung 37 quasi gleichzeitig eine Verbindung der Kraftstoffversorgungsleitung 9 mit dem Rücklauf 46. Im Rücklauf 46 herrscht üblicherweise ein relativ niedriger Druck, so dass beim Abtrennen der Kraftstoffversorgungsleitung 9 von der Kraftstoffhochdruckleitung 37 in der Kraftstoffversorgungsleitung 9 der Druck sofort in den Rücklauf 46 entspannt werden kann.

Die erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 arbeitet wie folgt:

Die Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 ist so ausgestaltet, dass mit ihr zumindest zwei verschiedene Kraftstoffhochdrücke bereitgestellt werden können. Dabei ist ein erster Kraftstoffhochdruck kleiner als ein zweiter Kraftstoffhochdruck.
Im Teillastbetrieb der mit der Einspritzdüse 1 ausgestatteten Brennkraftmaschine, die vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, werden für die Kraftstoffeinspritzung relativ kleine Einspritzmengen benötigt, wobei außerdem ein vergleichsweise niedriger Einspritzdruck ausreicht. Im Teillastbetrieb wird die Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 daher so angesteuert, dass sie in ihrer Kraftstoffhochdruckleitung 37 den ersten Kraftstoffhochdruck erzeugt. Bei geöffnetem Steuerventil 39 kann sich stromab des Steuerventils 39 der erste Kraftstoffhochdruck in der Kraftstoffzuführungsleitung 9 und somit im Düsenraum 11 und somit im Ringraum 12 und somit auch an den ersten Druckstufen 16 und 16' aufbauen. Über die Steuerleitung 35 herrscht der erste Kraftstoffhochdruck außerdem im Steuerraum 34 und erzeugt eine entsprechende in Öffnungsrichtung 19 wirksame Kraft am Steuerkolben 30. Sobald der sich an den ersten Druckstufen 16, 16' aufbauende Hydraulikdruck einen vorbestimmten ersten Öffnungsdruck erreicht, führt die Kräftebilanz am ersten Nadelverband 20 zu einer in der Öffnungsrichtung 19 wirksamen resultierenden Kraft. Die erste Düsennadel 3 hebt vom ersten Dichtsitz 13 ab und die Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine erste Spritzloch 7 in den Einspritzraum 15 beginnt.
Mit dem Öffnen der ersten Düsennadel 3 kann sich auch an der zweiten Druckstufe 25 ein Druck aufbauen. Im Verlauf des Einspritzvorgangs steigt der Druck stromauf des zweiten Dichtsitzes 14 bis zum ersten Kraftstoffhochdruck an. Die zweite Schließfeder 31 ist so dimensioniert, dass sich in diesem Fall, also bei erstem Kraftstoffhochdruck an der Steuerfläche 33 und an der zweiten Druckstufe 25 im zweiten Nadelverband 28 noch eine in Schließrichtung wirksame resultierende Kraft ergibt, so dass die zweite Düsennadel 4 geschlossen bleibt. Demnach führt der erste Kraftstoffhochdruck zu einer Kraftstoffeinspritzung ausschließlich durch das wenigstens eine erste Spritzloch 7. Das heißt, entsprechend dem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine wird nur vergleichsweise wenig Kraftstoff in den Einspritzraum 15 eingedüst.
Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird das Steuerventil 39 wieder geschlossen, wodurch der Druck in der Kraftstoffzuführungsleitung 9 stromab des Steuerventils 39 rasch absinkt. In der Folge überwiegen an der ersten Düsennadel 3 wieder die in Schließrichtung 24 wirksamen Kräfte, wodurch die erste Düsennadel 3 geschlossen wird.
Für einen Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine wird für die Kraftstoffeinspritzung eine größere Einspritzmenge benötigt, die außerdem noch in einer sehr kurzen Zeit eingebracht werden muss. Für den Volllastbetrieb erzeugt die Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 somit in der Kraftstoffhochdruckleitung 37 den zweiten Kraftstoffhochdruck, der sich über die Steuerleitung 35 auch im Steuerraum 34 aufbaut. Beim Öffnen des Steuerventils 39 baut sich stromab davon in der Kraftstoffzuführungsleitung 9 der zweite Kraftstoffhochdruck auf. Sobald der sich aufbauende Druck an den ersten Druckstufen 16, 16' den ersten Öffnungsdruck erreicht, kann die erste Düsennadel 3 öffnen. In der Folge liegt unmittelbar darauf der erste Öffnungsdruck auch an der zweiten Druckstufe 25 an. Der zum Öffnen der zweiten Düsennadel 4 erforderliche Druck an der zweiten Druckstufe 25 ist durch den erhöhten Druck im Steuerraum 34 für den Volllastbetrieb, also bei angelegtem zweiten Kraftstoffhochdruck, reduziert. Dementsprechend kann der zweite Nadelverband 28 so ausgelegt werden, dass die zweite Düsennadel 4 bereits unmittelbar nach dem Öffnen der ersten Düsennadel 3 ebenfalls öffnet. Dabei kann ein zweiter Öffnungsdruck, der an der zweiten Druckstufe 25 zum Öffnen der zweiten Düsennadel 4 anliegen muss, etwa gleich groß sein wie der erste Öffnungsdruck, der an der wenigstens einen ersten Druckstufe 16, 16' der ersten Düsennadel 3 anliegt, wenn die erste Düsennadel 3 öffnet. Grundsätzlich kann der zweite Öffnungsdruck auch kleiner als der erste Öffnungsdruck gewählt sein, so dass die zweite Düsennadel 4 beim Öffnen der ersten Düsennadel 3 noch früher ansprechen kann. Jedenfalls ist eine Ausführungsform zweckmäßig, bei welcher der zweite Öffnungsdruck, der zum Öffnen der zweiten Düsennadel 4 an deren zweiten Druckstufe 25 anliegen muss, kleiner gewählt ist als der zweite Kraftstoffhochdruck und insbesondere kleiner gewählt ist als der erste Kraftstoffhochdruck.
Durch die erfindungsgemäße Bauweise kann die zweite Düsennadel 4 somit quasi gleichzeitig mit der ersten Düsennadel 4 öffnen, was sehr kurze Einspritzzeiten ermöglicht. Gleichzeitig kann durch sämtliche Spritzlöcher 7, 8 eine relativ große Kraftstoffmenge eingedüst werden.
Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird das Steuerventil 39 wieder geschlossen, wodurch der Druck in der Kraftstoffzuführungsleitung 9 stromab des Steuerventils 39 wieder abfällt und zumindest die erste Düsennadel 3 schließt. Gleichzeitig fällt auch an der zweiten Druckstufe 25 der Druck ab, so dass auch die zweite Düsennadel 4 schließen kann. Vorzugsweise kann die zweite Düsennadel 4 aus Emissionsgründen vor der ersten Düsennadel 3 oder zum gleichen Zeitpunkt mit der ersten Düsenadel 3 schließen. Außerdem kann zwischen den Düsennadeln 3, 4 und/oder zwischen den Nadelverbänden 20, 28 ein mechanischer Mitnehmer vorgesehen sein, der beim Schließen der ersten Düsennadel 3 zwangsläufig die zweite Düsennadel 4 mitnimmt.

Bezugszeichenliste

1: Einspritzdüse
2: Düsenkörper
3: erste Düsennadel
4: zweite Düsennadel
5: erste Nadelführung
6: zweite Nadelführung
7: erstes Spritzloch
8: zweites Spritzloch
9: Kraftstoffzuführungsleitung
10: Kraftstoffversorgungseinrichtung
11: Düsenraum
12: Ringraum
13: erster Dichtsitz
14: zweiter Dichtsitz
15: Einspritzraum
16: erste Druckstufe
17: erste Sitzquerschnittsfläche
18: erste Führungsquerschnittsfläche
19: Öffnungsrichtung
20: erster Nadelverband
21: Kopplungshülse
22: erste Schließfeder
23: erster Federraum
24: Schließrichtung
25: zweite Druckstufe
26: zweite Führungsquerschnittsfläche
27: zweite Sitzquerschnittsfläche
28: zweiter Nadelverband
29: Kopplungsstange
30: Steuerkolben
31: zweite Schließfeder
32: zweiter Federraum
33: Steuerfläche
34: Steuerraum
35: Steuerleitung
36: Steuerdrossel
37: Kraftstoffhochdruckleitung
38: Kraftstoffhochdruckpumpe
39: Steuerventil
40: Gehäuse
41.: erste Steuerkante
42: Ventilkörper
43: Schaltventil
44: Drucksenke
45: zweite Steuerkante
46: Rücklauf

Claims

Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug,
- mit einer als Hohlnadel ausgebildeten ersten Düsennadel (3), mit der eine Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein erstes Spritzloch (7) steuerbar ist,

- mit einer koaxial zur ersten Düsennadel (3) angeordneten zweiten Düsennadel (4), mit der eine Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein zweites Spritzloch (8) steuerbar ist,

- mit einer Kraftstoffzuführungsleitung. (9), die einenends mit einer Kraftstoffversorgungseinrichtung (10) verbunden ist und anderenends zu den Spritzlöchern (7, 8) führt,

- wobei die erste Düsennadel (3) oder ein die erste Düsennadel (3) umfassender erster Nadelverband (20) in wenigstens einem mit der Kraftstoffzuführungsleitung (9) verbundenen Raum (11, 12) wenigstens eine erste Druckstufe (16, 16') aufweist, die bei einer Druckbeaufschlagung in der Öffnungsrichtung (19) der ersten Düsennadel (3) wirkt,

- wobei die zweite Düsennadel (4) oder ein die zweite Düsennadel (4) umfassender zweiter Nadelverband (28) in wenigstens einem bei geöffneter erster Düsennadel (3) mit der Kraftstoffzuführungsleitung (9) verbundenen Raum (12) wenigstens eine zweite Druckstufe (25) aufweist, die bei einer Druckbeaufschlagung in der Öffnungsrichtung (19) der zweiten Düsennadel (4) wirkt,

- wobei in der Kraftstoffzuführungsleitung (9) stromab der Kraftstoffversorgungseinrichtung (10) ein Steuerventil (39) angeordnet ist,

- wobei die zweite Düsennadel (4) oder der zweite Nadelverband (28) eine Steuerfläche (33) aufweist, die in einem mit der Kraftstoffversorgungseinrichtung (10) verbundenen Steuerraum (34) angeordnet ist und bei einer Druckbeaufschlagung in der Öffnungsrichtung (19) der zweiten Düsennadel (4) wirkt,

- und wobei der zweite Nadelverband (28) einen Steuerkolben (30) umfasst, an dem die Steuerfläche (33) ausgebildet ist und der den Steuerraum (34) von einem zweiten Federraum (32) trennt, in dem eine zweite Schließfeder (31) angeordnet ist, die den zweiten Nadelverband (28) in dessen Schließrichtung (24) antreibt,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Kraftstoffversorgungseinrichtung (10) zur Erzeugung von wenigstens einem ersten Kraftstoffhochdruck und einem zweiten Kraftstoffhochdruck, der größer ist als der erste Kraftstoffhochdruck, ausgebildet ist,

- dass die zweite Schließfeder (31) so dimensioniert ist, dass bei erstem Kraftstoffdruck sich an der Steuerfläche (33) und an der zweiten Druckstufe (25) an der zweiten Düsennadel noch eine in Schließrichtung wirkende Kraft ergibt, und

- dass die Druckstufen (16, 16', 25) und die Steuerfläche (33) so ausgelegt sind, dass die zweite Düsennadel (4) öffnet, wenn an deren wenigstens einen zweiten Druckstufe (25) ein vorbestimmter Öffnungsdruck anliegt, der kleiner ist als der zweite Kraftstoffhochdruck.
Einspritzdüse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Steuerraum (34) über eine Steuerleitung (35) direkt an die Kraftstoffversorgungseinrichtung (10) angeschlossen ist.
Einspritzdüse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Steuerraum (34) über eine Steuerleitung (35) zwischen der Kraftstoffversorgungseinrichtung (10) und dem Steuerventil (39) an die Kraftstoffzuführungsleitung (9) angeschlossen ist.
Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Steuerraum (34) gedrosselt mit der Kraftstoffversorgungseinrichtung (10) verbunden ist.
Einspritzdüse nach Anspruch 4 und nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Steuerleitung (35) eine Steuerdrossel (36) angeordnet oder ausgebildet ist.
Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kraftstoffversorgungseinrichtung (10) eine Kraftstoffhochdruckleitung (37) aufweist, an welche die Kraftstoffzuführungsleitungen (9) von mehreren Einspritzdüsen (1) angeschlossen sind.