Pumpen-Düsen-Einheit mit durch Hülsenventil gesteuertem Freikolben für Brennkraftmaschinen

Abstract

 Eine Einspritzdüse (10, 110) ist mit einem Steuerungsraum (36, 136) und einem Zumeßraum (38, 138) versehen, um in Abhängigkeit von Parametern des Verbrennungsmotors den Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge wählen zu können. Beim Einspritzvorgang treten extrem hohe Drücke auf, die zu Dichtungsproblemen führen, weshalb in dem Düsenkörper (12, 112) ein verschiebbares, den Steuerungsraum (36,136) in einer Endstellung abdichtendes Hülsenventil (56,150) vorgesehen ist, das in seiner anderen Endstellung ein Auffüllen des Steuerungsraums (36, 136) zuläßt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzdüse für die Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine mit einem eine Zylinderbuchse mit Innenbohrung aufnehmenden Düsenkörper, wobei zwischen dem Düsenkörper und der Zylinderbuchse ein hohler Ringraum, in der Innenbohrung der Zylinderbuchse ein verschiebbarer Stößel und mit Abstand zu diesem ein Kolben vorgesehen sind, zwischen dem Stößel und dem Kolben ein Steuerungsraum, dem Kolben und dem dem Stößel abgelegenen Ende der Einspritzdüse ein Zumeßraum gebildet, der Steuerungsraum mit einem abschließbaren Brennstoffkanal verbunden und der Zumeßraum mit Brennstoff füllbar ist.

[0002] Bei Einspritzdüsen läßt sich inzwischen der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge bestimmen, wohingegen bisher der Einspritzzeitpunkt von einer bestimmten Stellung der Kurbelwelle oder der Nockenwelle und somit allein von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängig war. Nunmehr werden zur Wahl des Einspritzzeitpunktes noch andere Parameter wie Temperatur, Leitungsdruck, Last, Höhe, Luft-Brennstoffverhältnis usw. herangezogen, die von Sensoren ermittelt und in der Regel an eine elektronische Steuereinheit weitergeleitet werden, worauf auf ein Signal von dieser elektronischen Steuereinheit hin im Steuerungsraum der Einspritzdüse der Einspritzvorgang eingeleitet wird. Derartige Einspritzsysteme sind in den US-PSen 4 281 792 und 4 235 374 beschrieben.

[0003] Bei der Einspritzdüse, von der die Erfindung ausgeht (US-PS 4 281 792), treten auch im Steuerungsraum bei sich abwärts bewegendem Stößel äußerst hohe Drücke auf, so daß das Abdichten, insbesondere wenn der zum Steuerungsraum führende Brennstoffkanal geschlossen ist, ein großes Problem darstellt, das bei dieser bekannten Einspritzdüse noch nicht zufriedenstellend gelöst ist, da dort die Absperrvorrichtung in der Brennstoffleitung vorgesehen ist, wobei hinzu kommt, daß die mit Brennstoff gefüllte Leitung durch die Elastizität, beispielsweise des Dieselöls, wie eine Feder zwischen Pumpe bzw. Absperrvorrichtung und Düse wirkt, wodurch Druckschwankungen mit den damit vorhandenen Nachteilen im Steuerungsraum auftreten.

[0004] Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe wird darin gesehen, Möglichkeiten vorzusehen, um den Steuerungsraum im Düsenkörper selbst abzudichten, wobei aber die schnellen Hin- und Herbewegungen des Stößels und ein neues Befüllen des Steuerungsraums nicht behindert werden sollen.

[0005] Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst worden, daß in dem Ringraum ein fernbedienbares, auf der Zylinderbuchse verschiebbares Hülsenventil vorgesehen ist, Über das der Brennstoffkanal abschließbar ist.

[0006] Auf diese Weise kann das Hülsenventil unmittelbar im Düsenkörper auf den Steuerungsraum zu Zeiten des extrem hohen Drucks abdichtend wirken und infolge seiner Verschiebbarkeit in Bruchteilen von Sekunden wieder eine Position einnehmen, in der ein Nachfüllen des Steuerungsraums mit Brennstoff erneut möglich ist. Selbstverständlich kann der Steuerungsraum auch mit anderen Druckmitteln gefüllt werden, wie auch die vorgesehene Abdichtung in anderen Systemen, in denen ähnlich hohe Drücke abzufangen sind, eingesetzt werden kann.

[0007] Damit das Hülsenventil in Bruchteilen von Sekunden seine den Steuerungsraum abdichtende oder seine den Steuerungsraum zum Brennstoffkanal freigebende Position einnehmen kann, ist nach der Erfindung vorgeschlagen, daß der Ringraum einem variablen Brennstoffdruck ausgesetzt und das Hülsenventil in Abhängigkeit von dem Brennstoffsdruck verstellbar ist. Somit ist das Hülsenventil einem Pilotdruck ausgesetzt, der zweckmäßig an einem Ende des Hülsenventils variabel ist, das heißt in der Regel zwischen Null und Maximaldruck einstellbar ist, um das Hülsenventil in der gewünschten Geschwindigkeit zu verstellen. Hierzu ist zumindest ein Ende des Hülsenventils dem Brennstoffdruck ausgesetzt und das Hülsenventil in Abhängigkeit vom Brennstoffdruck gegen die Wirkung einer Feder verstellbar.

[0008] Dadurch, daß das Hülsenventil durch eine Feder aus seiner geschlossenen, den Brennstoffkanal abschließenden Stellung in seine offene, den Brennstoffkanal mit dem Steuerungsraum durch mindestens eine im Hülsenventil vorgesehene Bohrung verbindende Stellung verschiebbar ist, wird ein relativ kurzer Verschiebeweg für das Hülsenventil gewährleistet.

[0009] Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist bei einem Einspritzsystem mit Einspritzdüse, einer sie beaufschlagenden Pumpe und einem mit der Einspritzdüse verbundenen Sammelbehälter der das Hülsenventil aufnehmende Ringraum an seinem einen Ende mit einem Kanal, der mit der Pumpe oder mit dem Sammelbehälter verbindbar ist, und an seinem anderen Ende mit dem Sammelbehälter verbunden. Auf diese Weise kann durch einfaches Umschalten des Kanals zur Pumpe oder zum Sammelbehälter hin der Ringraum an seinem einen Ende mit dem Maximaldruck beaufschlagt oder mit dem Sammelbehälter drucklos verbunden werden, so daß, wenn - wie bei einer Ausführungsvariante - das andere Ende des Ringraums drucklos mit dem Sammelbehälter verbunden ist, das Hülsenventil blitzartig zwischen seinen beiden Endstellungen verstellt wird, sofern - wie bereits vorgeschlagen - eine Feder dem variablen Druckraum gegenüberliegend vorgesehen ist. Das Umschalten des Kanals kann durch ein Steuerventil erfolgen, das über die eingangs erwähnte elektronische Steuereinheit betätigt wird.

[0010] Eine Niedrigdruckdichtung läßt sich nach der Erfindung dann erreichen, wenn das Hülsenventil von einer weiteren Hülse umgeben ist, wodurch der in dem Steuerungsraum herrschende Druck radial auf das Hülsenventil wirkt und dieses gegen die weitere Hülse drückt.

[0011] Eine weitere Abdichtung innerhalb des Düsenkörpers ist dadurch erreichbar, daß ein Ende des Ringraums einem variablen Brennstoffdruck und das andere Ende einem konstanten Brennstoffdruck ausgesetzt ist, der die weitere Hülse dichtend gegen eine Schulter im Ringraum drückt.

[0012] Damit aber die weitere Hülse nach Betriebsruhe in ihre abdichtende Stellung verschiebbar ist - also durch den Brennstoffdruck beaufschlagt werden kann - ist die weitere Hülse an einem Ende mit mehreren Nuten versehen.

[0013] _Was die gute Abdichtung anbelangt, so sollte nach der Erfindung die weitere Hülse an ihrem den Nuten abgelegenen Ende mit einer Ringnut zur Aufnahme einer Dichtung versehen sein.

[0014] Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsvariante sollte das Hülsenventil über den konstanten Brennstoffdruck entgegen dem variablen Brennstoffdruck und der Kraft einer Feder verschiebbar sein, wobei für den Zulauf zum Steuerungsraum auch keine gesonderte Bohrung vorzusehen ist, da der Zulauf über eine Stirnseite erfolgen kann, wobei aber Vorkehrungen zum Abheben zu treffen sind.

[0015] Zweckmäßig kann an einem Ende des Ringraums eine Anschlagplatte mit mehreren öffnungen vorgesehen sein, so daß der Brennstoffdruck gegen das untere Ende des Hülsenventils wirkt.

[0016] Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Vorschlag ist in der einen Endstellung des Hülsenventils der Stößel mit dem Kolben durch eine Drucksäule verbunden.

[0017] In der Zeichnung ist ein nachfolgend näher erläutertes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Figur 1 eine Einspritzdüse mit geöffnetem Hülsenventil im Schnitt,

Figur 2 eine ähnliche Darstellung wie in Figur 1, das Hülsenventil jedoch in der geschlossenen Stellung darstellend,

Figur 3 ein Hülsenventil in perspektivischer Darstellung,

Figur 4 eine Einspritzdüse mit einer Niedrigdruckdichtung im Schnitt,

Figur 5 die Dichtung nach Figur 1, jedoch in größerem Maßstab und

Figur 6 die Dichtung in einer Explosionsdarstellung.

[0018] In den Figuren 1 und 2 ist eine Einspritzdüse 10 mit ihrem Düsenkörper 12 dargestellt, in dem sich eine Axialbohrung 14 befindet. In diese wiederum ist eine Zylinderbuchse 16 mit einer Innenbohrung 18 eingesetzt. Die Axialbohrung 14 in dem Düsenkörper 12 bildet eine innere Oberfläche 20, die mit einer äußeren Oberfläche 22 der Zylinderbuchse 16 derart zusammenwirkt, daß sie zwischen sich einen hohlen Ringraum 23 einschließen, auf dessen Funktion an späterer Stelle noch eingegangen wird. In der Bohrung 18 der Zylinderbuchse 16 selbst sind ein Stößel 24 und ein Kolben 26 längs verschiebbar und mit Abstand zueinander angeordnet. Hierbei wird der Stößel durch eine Feder 28 nach oben gedrückt und durch ein nicht dargestelltes, mechanisches Gestänge, das einen Kipphebel, einen Nocken und einen Nockenstößel aufweisen kann, gesteuert. Demgegenüber wird der Kolben 26 durch Druckmedium in der Bohrung 18 verschoben. Mit letzterer in Verbindung stehend ist am Ende des Düsenkörpers 12 eine Düsenspitze 30 vorgesehen, die das Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine regelt. Im einzelnen erfolgt dies durch ein Spindelventil 32 mit Differenzflächen, das in seiner geschlossenen Stellung - wie aus Figur 2 hervorgeht - durch eine Feder 34 gehalten wird.

[0019] In der Bohrung 18 ist der Raum zwischen dem Stößel 24 und dem Kolben 26 als Steuerungsraum 36 und der Raum unterhalb des Kolbens 26 bzw. zwischen dem Kolben 26 und der Oberseite der Düsenspitze 30 als Zumeßraum 38 bezeichnet, wie Figur 1 ausweist. Beide Räume sind mit Brennstoff füllbar, der aus einem Sammelbehälter 40 durch eine Pumpe 42 angesaugt und von dieser in den unteren Bereich des Zumeßraums 38 durch einen ersten Kanal 44 gepumpt wird. Im letzteren ist ein Rückschlagventil 46 eingebaut, das einen Rückfluß aus dem Zumessraum unterbindet. In die Wandung der Zylinderbuchse 16 ist eine Entlastungsbohrung 47 eingearbeitet, durch die sich in dem Steuerungsraum befindlicher Brennstoff abfließen kann, wenn sich der Kolben 26 in seiner untersten, in Figur 2 wiedergegebenen Hubstellung befindet. Der Durchmesser dieser Entlastungsbohrung 47 ist sehr klein gewählt, um sicherzustellen, daß der Brennstoff nur aus dem Steuerungsraum in den Sammelbehälter 40 abfließen kann. Zu erwähnen ist ferner, daß die Entlastungsbohrung so in der Zylinderbuchse 16 angeordnet ist, daß sie nie einen Zugang zu dem Zumeßraum 38 freigibt, auch dann nicht, wenn sich der Kolben in seiner obersten Hubstellung befindet.

[0020] Ein zweiter die Pumpe 42 mit dem Steuerungsraum 36 verbundener Kanal 48 ist durch den Düsenkörper 12 bis in die Zylinderbuchse 16 geführt. Er mündet idealerweise in eine Eindrehung 49 in der inneren Oberfläche 20 der Axialbohrung 14. Diese Eindrehung 49 liegt einer Eindrehung in der Zylinderbuchse 16 gegenüber, in der zum zweiten Kanal gehörige Radialbohrungen eingearbeitet sind, so daß der Brennstoff an mehreren Stellen in den Steuerungsraum 36 gelangen kann. Ein dritter Kanal 50 verbindet die Pumpe 47 mit dem oberen Bereich 52 des hohlen Ringräums 23 und weist ein durch einen Steuermechanismus 53 zwischen zwei Stellungen bewegbares Steuerventil 54 auf, wobei in der ersten Stellung die Verbindung von der Pumpe 42 zu dem oberen Bereich 52 des hohlen Ringraums 23 freigegeben und in der zweiten Stellung unterbunden ist, in der jedoch der obere Bereich mit dem Sammelbehälter 40 in Verbindung steht. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, daß im oberen Bereich des hohlen Ringraums 23 einmal ein Druck aufgebaut werden kann oder aber ein druckloser Zustand herrscht.

[0021] Ein Entlastungsventil 55, gegebenenfalls als federbelastetes Kugelventil ausgebildet, ist in dem zweiten Kanal 48 oder an anderer geeigneter Stelle hinter der Pumpe 42 vorgesehen, mit dem Sammelbehälter 40 verbunden und so ausgelegt, daß es bei einem bestimmten Druck im System anspricht, das heißt zum Sammelbehälter hin öffnet, um Beschädigungen im System auszuschließen.

[0022] Es wurde bereits ausgeführt, daß der zweite Kanal 48 auch durch die Zylinderbuchse 16 geführt ist, sich also auch durch den hohlen Ringraum 23 erstreckt. Die Verbindung der Kanalstücke aber kann in dem Bereich des hohlen Ringraums 23 durch ein zylindrisches Hülsenventil 56 unterbrochen werden. Dieses ist im einzelnen in Figur 3 wiedergegeben und ist mit wenigstens einer Kanalbohrung 58 versehen. Sind mehrere Kanalbohrungen 58 eingearbeitet, so müssen sie in derselben Radialebene liegen. Das Hülsenventil 56 ist über den im oberen Bereich 52 des hohlen Ringraums 23 herrschenden Druck aus seiner in Figur 1 dargestellten Stellung entgegen der Wirkung einer Feder 60 in die in Figur 2 wiedergegebene Stellung in dem Ringraum 23 verschiebbar. Hierbei wird die in Figur 1 gezeigte Stellung als offene bezeichnet, weil dort die Kanalbohrung 58 zu dem Kanal 48 ausgerichtet ist, so daß über sie eine Verbindung zum Steuerungsraum 36 besteht. In der in Figur 2 wiedergegebenen Stellung ist diese Verbindung unterbrochen, da eine Deckungsgleichheit der Kanalbohrung 58 mit dem Kanal 48 nicht mehr gegeben ist. Der für die Verschiebung des _Hülsenventils 56 in seine in Figur 2 gezeigte Stellung erforderliche Druck kann nur dann aufgebaut werden, wenn sich das Steuerventil 54 in seiner ersten in Figur 2 wiedergegebenen Stellung befindet.

[0023] Der Raum zwischen dem Hülsenventil 56 und der inneren Oberfläche 20 des Düsenkörpers 12 läßt sich durch Dichtungen 62 und 63 abdichten, die in in die innere Oberfläche 20 eingearbeitete Ringnuten 64 und 65 eingesetzt sein können. Hierdurch behalten die Dichtungen unabhängig von der jeweiligen Stellung des Hülsenventils 56 ihre Position bei.

[0024] Schließlich ist die Einspritzdüse 10 noch mit einem Rücklaufkanal 66 ausgerüstet, der die Wand des Düsenkörpers 12 durchsetzt und den unteren Bereich des hohlen Ringraums 23 mit dem Sammelbehälter 40 verbindet. Hierdurch wird ein Einschließen von Brennstoff im unteren Bereich des hohlen Ringraums 23 vermieden und ein Verschieben des Hülsenventils über seinen gesamten Hubbereich ermöglicht.

[0025] Im nachfolgenden wird kurz auf die Funktion der vorstehend erläuterten Einspritzdüse 10 eingegangen. Befindet sich der Kolben 26 in seiner in Figur 2 wiedergegebenen Stellung, in der der sich im Zumeßraum befindlich gewesene Brennstoff gerade durch die Düsenspitze 30 in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritz wurde und in der sich das Hülsenventil 56 noch in seiner unteren oder geschlossenen, den Zufluß von Brennstoff in den Steuerungsraum 36 unterbindenden Position befindet, dann kann der Stößel 24 bereits unter der Wirkung der Feder 28 seine Aufwärtsbewegung beginnen. Dadurch entsteht über dem Kolben 26 ein Druckabfall, so daß sich der Kolben 26 ebenfalls in gleicher Richtung bewegen kann. Dabei wird der Kanal 44 wieder frei und unter Druck stehender Brennstoff schiebt den Kolben 26 weiter in die Höhe. Der Kolben 26 wird der Aufwärtsbewegung des Stößels 24 so lange folgen, bis genügend Brennstoff sich in dem Zumeßraum 38 befindet. Zu einem solchen Zeitpunkt wird dann das Steuerventil 54 durch ein Signal des Steuermechnismus 53 in seine zweite, in Figur wiedergegebene Position verstellt, in der die Verbindung zur Pumpe 42 unterbrochen und statt dessen der obere Bereich 52 des hohlen Ringraums 23 mit dem Sammelbehälter 40 verbunden ist. Hierdurch baut sich der Druck im oberen Bereich des hohlen Ringraums schlagartig ab und die Feder 60 kann das Hülsenventil nach oben in seine in Figur 1 wiedergegebene Stellung schieben, wodurch die Kanalbohrung 58 mit dem zweiten Kanal 48 wieder zur Deckung kommt und Brennstoff in den Steuerungsraum 36 strömen kann. Dies erfolgt so lange, bis der Stößel 24 seine oberste Stellung erreicht hat. Spätestens dann, in der Regel bereits vorher, wird auch an beiden Seiten des Kolbens 26 ein identischer Druck herrschen und der Kolben in seiner Stellung verharren, sofern dies nicht durch andere Mittel erreicht wird. Zu einem gegebenen Zeitpunkt wird der Stößel 24 durch eine von der Nockenwelle ausgelöste Bewegung wieder nach unten verstellt. Bei diesem Vorgang wird ein Teil des Brennstoffs unter Umständen wieder in den zweiten Kanal 48 gedrückt, so daß der Druck im System über den eingestellten, zulässigen Druck ansteigt und das Entlastungsventil 55 öffnet.

[0026] Wie bereits ausgeführt wurde, verstellt der Steuermechanismus 53 das Steuerventil 54 zu Zeitpunkten, die das zeitlich richtige Einspritzen des Brennstoffs erlauben. Zu einem gewünschten Zeitpunkt wird das Steuerventil 54 in seine erste Stellung verstellt, in der der Brennstoff durch den Kanal 50 in den oberen Bereich 52 des hohlen Ringraums 23 gelangen kann, so daß sich hier ein Druck aufbaut und das Hülsenventil 56 unter Zusammendrücken der Feder 60 in seine untere oder geschlossene Stellung verschoben wird. Dann ist die Verbindung zwischen dem Steuerungsraum 36 zur Pumpe unterbrochen und zwischen dem Stößel 24 und dem Kolben 26 besteht eine Drucksäule oder hydraulische Verbindung, über die der Kolben 26 nach unten verstellt wird. Wird aber der Kolben 26 nach unten verstellt, dann wird der Brennstoff durch die Düsenspitze 30 in die Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt. Dabei werden Stößel 24 und Kolben 26 in ihre unterste Hubstellung gelangen. Der Einspritzvorgang ist beendet. In seiner untersten Hubstellung gibt der Kolben 26 die Entlastungsbohrung 47 frei und der Druck in dem Steuerungsraum 36 kann abgebaut werden. Dadurch kann der Stößel sich noch weiter nach unten verstellen, ohne daß eine Beschädigung an der Einspritzdüse auftreten würde. Der Einspritzzyklus wiederholt sich normalerweise in Bruchteilen von Sekunden, und der Druck im Steuerungsraum 36 und im Zumeßraum ist sehr hoch.

[0027] Bei der in den Figuren 4 bis 6 gezeigten Niedrigdruckdichtung ist die Einspritzdüse in Figur 4 mit 110 und ihr Düsenkörper mit 112 bezeichnet, in den eine Zylinderbuchse 114 eingesetzt ist. Dadurch, daß in einem bestimmten Bereich die innere Oberfläche 116 des Düsenkörpers 112 einen gewissen Abstand zu der äußeren Oberfläche 118 der Zylinderbuchse 114 aufweist, entsteht ein hohler Ringraum 120, dessen Funktion an späterer Stelle noch zu erläutern ist. Die Innenbohrung der Zylinderbuchse 114 ist mit 122 bezeichnet. Sie steht mit einer Düsenspitze 124 in Verbindung, die in das eine Ende des Düsenkörpers 112 eingeschraubt ist und ein Spindelventil 126 aufnimmt. Letzteres wird über eine Feder 128 in seiner geschlossenen Stellung gehalten, in der kein Brennstoff aus der Einspritzdüse 110 in den Brennraum einer der Einfachheit halber nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine gelangen kann.

[0028] In der Innenbohrung 122 sind ein Stößel 130 und mit Abstand zu diesem ein Kolben 132 verschiebbar angeordnet, wobei der Stößel 130 entgegen der Wirkung einer Feder 134 in die Innenbohrung 122 hinein mechanisch in Abhängigkeit von der Stellung einer nicht gezeigten Nockenwelle über Kipphebel, Nocken und Nockenstößel verstellbar ist. Durch den Abstand zwischen dem unteren Ende des Stößels 130 und dem oberen Ende des Kolbens 132 entsteht ein Steuerungsraum 136. Ein weiterer sich an der Unterseite des Kolbens 132 befindlicher Raum ist als Zumeßraum 138 bezeichnet. In ihm läßt sich die Menge des jeweils in den Brennraum einzuspritzenden Brennstoffs festlegen, während der Steuerungsraum für den Zeitpunkt des Einspritzens maßgeblich verantwortlich ist.

[0029] Der in den Brennraum über die Einspritzdüse 110 einzuspritzende Brennstoff befindet sich in einem Sammelbehälter 140, in der Regel im Brennstofftank, und wird aus diesem von einer Pumpe 142 angesaugt und über Kanäle 144 und 146 der Einspritzdüse 110 zugefördert. Der erste Kanal 144 ist dabei durch die Wandungen des Düsenkörpers 112 und der Zylinderbuchse 114 bis in den Steuerungsraum 136 und dabei durch den hohlen Ringraum 120, und zwar an seinem unteren Ende geführt. Der zweite Kanal 146 zweigt hinter der Pumpe 142 von dem ersten Kanal 144 ab und ist zu dem oberen Ende des hohlen Ringraums 120 im Düsenkörper 112 geführt. Brennstoff kann aber nur zu dem oberen Ende des hohlen Ringraums 120 über den zweiten Kanal 146 gelangen, wenn ein in ihm angeordnetes Steuerventil 148 sich in seiner ersten von zwei Positionen befindet. In der zweiten Position ist der Brennstoffzufluß von der Pumpe durch den Kanal 146 zur Einspritzdüse 110 unterbunden. Statt dessen ist eine Verbindung des oberen Endes des hohlen Ringraums 120 mit dem Sammelbehälter 140 hergestellt, so daß sich in diesem Bereich befindlicher Brennstoff drucklos abströmen kann. Die Verstellung des Steuerventils 148 zwischen seinen beiden Stellungen erfolgt durch einen Steuermechanismus 149.

[0030] In dem hohlen Ringraum 120 ist ein druckbetätigtes Hülsenventil 150 angeordnet. Dieses steht unter der Wirkung einer Feder 152, die bestrebt ist, das Hülsenventil nach unten in eine geschlossene Stellung zu verschieben, wie es in Figur 5 dargestellt ist. Das druckbetätigte Hülsenventil 150 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und kann zwischen der geschlossenen und einer offenen Stellung hin_- und' herbewegt werden, um die Brennstoffzufuhr in den Steuerungsraum zu unterbinden oder zu ermöglichen. In der geschlossenen Stellung liegt das Hülsenventil 150 auf einer Anschlagplatte 154 auf, die - wie aus Figur 6 hervorgeht - ringförmig mit einer Schulter ausgebildet ist, so daß eine Stegfläche 156 und eine Deckfläche 158 vorhanden ist. In die Deckfläche 156 sind mehrere halbkreisförmige öffnungen 159 eingearbeitet, die es ermöglichen, daß Brennstoff in dem Kanal 144 die Unterseite des Hülsenventils 150 beaufschlagen kann, das in seiner in Figur 5 wiedergegebenen geschlossenen Stellung auf der Deckfläche 158 aufliegt. Konzentrisch zu dem druckbetätigten Hülsenventil 150 ist in dem hohlen Ringraum 120 noch eine zylindrisch ausgebildete weitere Hülse 160 angeordnet, deren innere Oberfläche 162 die äußere Oberfläche 164 des Hülsenventils 150 umgibt, wodurch sich eine erste Dichtung ergibt, und deren unteres Ende im zusammengebauten und drucklosen Zustand auf der Stegfläche 156 der Anschlagplatte 154 aufliegt. Zusätzlich sind im unteren Bereich der Hülse 160 noch mehrere Nuten 166 eingearbeitet, so daß in ihren Bereichen Freiräume entstehen, durch die unter Druck stehender Brennstoff durchtreten und in die halbkreisförmigen Öffnungen 159 sowie gegen die Unterseite der zylindrisch ausgebildeten Hülse 160 gelangen kann. An ihrem oberen Ende weist die zylindrisch ausgebildete_Hülse 160 eine Schulter 168 zur Aufnahme einer 0-ringförmigen Dichtung 170 auf, die gegen eine Radialwand 172 des hohlen Ringraums 120 zur Anlage kommen kann, so daß eine zweite Niedrigdruckdichtung entsteht. Während des Betriebes wird die zylindrisch ausgebildete Hülse 160 durch den Druck des Brennstoffs aus dem Kanal 144 nach oben gedrückt, so daß die Dichtung 170 fest gegen die Radialwand 172 gedrückt wird. Sollte aber der am unteren Ende der Hülse 160 herrschende Druck nicht für eine sichere Dichtung ausreichen, könnte zwischen der Unterseite der Hülse 160 und der Stegfläche 156 der Anschlagplatte 154 noch eine Feder eingesetzt werden.

[0031] In die Zylinderbuchse 114 sind - wie aus Figur 4 zu entnehmen ist - drei weitere Kanäle 174, 176 und 178 eingearbeitet, wobei der Kanal 174 einen sehr kleinen Durchmesser hat und den Rückfluß aus dem Steuerungsraum 136 erlaubt, wenn sich der Kolben 132 in seiner unteren Hubstellung befindet. Des weiteren ist der Außendurchmesser der Zylinderbuchse so gewählt, daß zwischen der Zylinderbuchse und dem Innendurchmesser des Düsenkörpers ein Spalt von Kanalbreite verbleibt, um eine Verbindung zwischen den Kanälen 174, 176 und 178 und dem Kanal 144 zu gewährleisten. Bei der besonderen Anordnung des Kanals 144 nach Figur 4 kann dann durch die getroffene Verbindung des Kanals 174 in dem Steuerungsraum eingeschlossener Brennstoff entweichen, ohne daß am Stößel oder am Steuersystem ein Schaden auftritt. Der Kanal 176 ist unterhalb des Kanals 174 angeordnet und dient als Zulauf für unter Druck stehenden Brennstoff in den Steuerungsraum 136. Hierzu ist der Kolben mit einer sich über eine bestimmte Länge hinziehenden Eindrehung versehen, in deren Bereich im Kolben 132 eine Querbohrung 180 eingearbeitet ist, die in eine sich im Kolben in Axialrichtung erstreckende und zum Zumeßraum 138 führende Zentralbohrung 182 mündet. In dieser wiederum ist eine Rückschlagkugel 184 vorgesehen, die derart unter der Wirkung einer Feder 186 steht, daß Brennstoff nur in den Zumeßraum 138 durch den Kanal 176 strömen kann. Der dritte Kanal 178 ist wiederum mit einem kleinen Durchmesser wie der des Kanals 174 ausgerüstet und dient dazu, den Brennstoffaustritt aus der Zentralbohrung 182 im Kolben 132 zu ermöglichen, wenn der Kolben 132 seine unterste Hubstellung erreicht. Hierzu kommt er dann mit einer Ringnut 190 zur Deckung, in die wiederum eine zur Zentralbohrung 182 führende Querbohrung 188 eingearbeitet ist, so daß zwischen dem Spindelventil 126 und der Unterseite des Kolben 132 eingeschlossener Brennstoff zurückfließen kann. Wie aus Figur 4 hervorgeht, befindet sich die Querbohrung 188 unterhalb der Querbohrung 180. Des weiteren kann in dem Kanal 144 ein Entlastungsventil 192 vorgesehen sein, das öffnet, sobald der Brennstoffdruck über einen vorherbestimmbaren Wert ansteigt.

[0032] Um die Arbeitsweise der Einspritzdüse 110 zu erläutern, wird zunächst vorausgesetzt, daß sich der Stößel 130 und der Kolben 132 in ihren untersten Hubstellungen und das druckbetätigte Hülsenventil 150 in seiner geschlossenen Stellung befinden. Befindet sich aber das druckbetätigte Hülsenventil 150 in seiner geschlossenen oder unteren Stellung, dann nimmt das Steuerventil 148 seine erste Position noch ein, in der die Pumpe 142 unter Druck stehenden Brennstoff durch den zweiten Kanal 146 in den oberen Bereich des hohlen Ringraums 120 fördert. Gleichzeitig wird derselbe Brennstoffdruck auch im unteren Bereich des hohlen Ringraums 120 herrschen, da die Pumpe 142 diesen Raum über den Kanal 144 beaufschlagt. Hieraus folgt, daß der Druck an der Oberseite des druckbetätigten Hülsenventils 150.gleich oder größer ist als der Druck an der Unterseite des druckbetätigten Hülsenventils, so daß zumindest die Feder 152 das Hülsenventil in seiner unteren oder geschlossenen Stellung zu halten vermag. Gleichzeitig wird der Brennstoff aus dem Kanal 144 durch den Kanal 176, die Querbohrung 180 und die Zentralbohrung 182 den Zumeßraum 138 beaufschlagen, sofern der Druck in der Düsenspitze 124 die Rückschlagkugel 184 nicht mehr in ihrer geschlossenen Stellung hält.

[0033] In dem Augenblick, in dem der Stößel 130 sich durch die Kraft der Feder 134 in der Innenbohrung 122 aufwärts bewegt, wird auch der Kolben 132.sich nach oben bewegen und das Volumen des Zumeßraumes 138 vergrößern. Hierdurch kann neuer Brennstoff in den Zumeßraum 138 nachströmen. Ist aber dann eine bestimmte Menge Brennstoff im Zumeßraum 138, wird bei einem vorherbestimmten Punkt das Steuerventil 148 durch ein von dem Steuermechanismus ausgelöstes Signal in seine zweite Stellung verschoben, in der die Verbindung der Pumpe 142 zum oberen Bereich des hohlen Ringraums 120 unterbrochen und statt dessen eine Verbindung des hohlen Ringraums 120 zum Sammelbehälter 140 gegeben ist. Dann aber wird der Druck am oberen Ende des druckbetätigten Hülsenventils 150 abgebaut, und der Druck an seinem unteren Ende vermag es gegen die Wirkung der Feder 152 in seine geöffnete Stellung zu verschieben, in der die Kanäle 144 in dem Düsenkörper und der Zylinderbuchse nicht mehr voneinander getrennt sind und unter Druck stehender Brennstoff in den Steuerungsraum 136 einströmen kann. Der Druck aus dem Kanal 144 wirkt dann auf beide Seiten des Kolbens 132, gleicht sich aus und bringt damit die Bewegung des Kolbens zum Stillstand. Der Stößel 130 wird dann aber immer noch sich aufwärts bewegen, so daß unter Druck stehender Brennstoff in den Steuerungsraum 136 weiter nachströmen kann, und zwar so lange, bis durch die Stellung der Nockenwelle die Abwärtsbewegung des Stößels 130 eingeleitet und ausgeführt wird, wobei die Kraft der Feder 134 überwunden wird. Bei der Abwärtsbewegung wird ein Teil des Brennstoffs wieder in den Kanal 144 eintreten und über das Entlastungsventil abströmen, sofern der Druck einen vorherbestimmten Wert übersteigt. Das Abströmen kann so lange erfolgen, bis zu einem gewünschten Zeitpunkt das Steuerventil 148 auf Veranlassung des Steuermechanismus 149 in seine erste Stellung zurückverstellt wird, in der Brennstoff unter Druck von der Pumpe 142 zu dem oberen Ende des hohlen Ringraums 120 strömen kann. Dadurch wird das obere Ende des druckbetätigten Ventils 150 wieder durckbeaufschlagt, und das Ventil kehrt in seine untere oder geschlossene Stellung zurück. In dieser ist die Verbindung des Steuerungsraumes 136 zur Pumpe 142 wieder unterbrochen, der Brennstoff im Steuerungsraum eingeschlossen und der Stößel 130 mit dem Kolben 132 durch eine Drucksäule verbunden, so daß_. beide sich weiter gemeinsam abwärts bewegen müssen. Bei dieser Abwärtsbewegung steigt der Druck im Steuerungsraum beträchtlich an und wirkt auf die Innenwand des druckbetätigten Hülsenventils 150. Dieser Druck pflanzt sich fort und drückt die Außenseite des druckbetätigten Hülsenventils 150 gegen die Innenwand der Hülse 160, so daß zwischen beiden eine positive Dichtung entsteht. Gleichzeitig wird der Druck im Kanal 144 auf die Unterseite der Hülse 160 einwirken, diese nach oben verschieben und die Hülse in einer Stellung halten, in der die Dichtung 170 fest gegen die Radialwand 172 gehalten ist, so daß hier eine zweite Niedrigdruckdichtung entsteht. Beide Dichtungen tragen in vorzüglicher Weise dazu bei, daß während der Zeit des höchsten Druckes aus dem Steuerungsraum 136 kein Brennstoff entweicht. Bei weiterer Abwärtsbewegung von Stößel 130 und Kolben 132 wird der Brennstoff aus dem Zumeßraum 138 in die Düsenspitze 124 gedrückt, auf das Spindelventil 126 mit seinen Differenzflächen einwirken, dieses von seinem Sitz abheben und schließlich in den Brennraum einspritzen. Sobald der Kolben 132 sein Hubende erreicht, wird die Querbohrung 188 mit dem Kanal 178 über die Ringnut 190 deckungsgleich sein, so daß Brennstoff aus dem Zumeßraum 38 abströmen kann, wodurch Beschädigungen am Kolben 132 vermieden werden. Gleichfalls kann der Brennstoff in den Strömungsraum 136 durch den Kanal 174 abströmen.

Ansprüche

1. Einspritzdüse (10, 110) für die Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine mit einem eine Zylinderbuchse (16, 114) mit Innenbohrung (18, 112) aufnehmenden Düsenkörper (12, 112), wobei zwischen dem Düsenkörper (12, 112) und der Zylinderbuchse (16, 114) ein hohler Ringraum (23, 120), in der Innenbohrung (18, 112) der Zylinderbuchse (16, 114) ein verschiebbarer Stößel (24, 130) und mit Abstand zu diesem ein Kolben (26, 132) vorgesehen sind, zwischen dem Stößel (24, 130) und dem Kolben (26, 132) ein Steuerungsraum (36, 136), dem Kolben (26, 132) und dem dem Stößel (24, 130) abgelegenen Ende der Einspritzdüse (10, 110) ein Zumeßraum (38, 138) gebildet, der Steuerungsraum (36, 136) mit einem abschließbaren Brennstoffkanal (48, 144) verbunden und der Zumeßraum (38, 138) mit Brennstoff füllbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringraum (23, 120) ein fernbedienbares, auf der Zylinderbuchse (16, 114) verschiebbares Hülsenventil (56, 150) vorgesehen ist, über das der Brennstoffkanal (48, 144) abschließbar ist.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (23, 120) einem variablen Brennstoffdruck ausgesetzt und das Hülsenventil (56, 150) in Abhängigkeit von dem Brennstoffdruck verstellbar ist.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ende des Hülsenventils (56) dem Brennstoffdruck ausgesetzt und das Hülsenventil in Abhängigkeit vom Brennstoffdruck gegen die Wirkung einer Feder (60) verstellbar ist.

4. Einspritzdüse nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenventil (56) durch eine Feder (60) aus seiner geschlossenen, den Brennstoffkanal (48) abschließenden Stellung in seine offene, den Brennstoffkanal mit dem Steuerungsraum (36) durch mindestens eine im Hülsenventil vorgesehene Bohrung (58) verbindende Stellung verschiebbar ist.

5. Einspritzdüse mit einer sie beaufschlagenden Pumpe und einem mit ihr verbundenen Sammelbehälter nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der das Hülsenventil (56) aufnehmende Ringraum (23) an seinem einen Ende mit einem Kanal (50), der mit der Pumpe (42) oder mit dem Sammelbehälter (40) verbindbar ist, und an seinem anderen Ende mit dem Sammelbehälter (40) verbunden.ist.

6. Einspritzdüse nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenventil (56 bzw. 150) von einer weiteren Hülse (160) umgeben ist.

7. Einspritzdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Ringraums (120) einem variablem Brennstoffdruck und das andere Ende einem konstanten Brennstoffdruck ausgesetzt ist, der die weitere Hülse (160) dichtend gegen eine Schulter (168) im Ringraum drückt.

8. Einspritzdüse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Hülse (160) an einem Ende mit mehreren Nuten (166) versehen ist.

9. Einspritzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Hülse (160) an ihrem den Nuten (166) abgelegenen Ende mit einer Ringnut (168) zur Aufnahme einer Dichtung versehen ist.

10. Einspritzdüse nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenventil (56 bzw. 150) über den konstanten Brennstoffdruck verschiebbar ist.

11. Einspritzdüse nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Ringraums (120) eine Anschlagplatte (154) mit mehreren öffnungen (159) vorgesehen ist.

12. Einspritzdüse nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen Endstellung des Hülsenventils (56, 150) der Stö-Bel (24, 130) mit dem Kolben (26, 132) durch eine Drucksäule verbunden ist.

Zeichnung