Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen

Abstract

 Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit einer nach innen öffnenden Ventilnadel (12), die im Bereich einer Druckschulter (22) von einem Kraftstoff-Druckraum (36, 46) umgeben ist. In diesem ist ein Drosselkörper (50) gegen Federkraft verschiebbar, welcher den Kraftstoff nur verzögert gegen die Druckschulter (22) strömen läßt, ein Zurückschieben des vorher durchgeströmten Kraftstoffvolumens beim Schließhub der Ventilnadel jedoch weitgehend unverzögert ermöglicht. Durch diese Anordnung kann die Öffnungsbewegung der Ventilnadel (12) mit einfachen Mitteln gedämpft werden. die zudem auch keine wesentliche Vergrößerung der Außenabmessungen der Einspritzdüse erforderlich machen.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoff-Einspritzdüse nach der Gattung des Hauptanspruches. Bei Einspritzdüsen dieser Gattung wird die Öffnungsbewegung der Ventilnadel gedämpft, um die Spritzdauer zur Verbesserung der Motorwerte, insbesondere zur Verminderung des Motorgeräusches, zu optimieren. Bei einer bekannten Ausführung der gattungsmäßigen Art (DE-A1-31 05 686) ist der Ventilnadel eine Zusatzmasse zugeordnet, welche nach einem ungedämpften Vorhub der Ventilnadel mit dieser gekoppelt wird und danach die Bewegung der Ventilnadel geschwindigkeits- und beschleunigungsabhängig dämpft. Bei dieser Ausführung läßt sich der zeitliche Verlauf der Öffnungsbewegung der Ventilnadel vorteilhaft in weiten Grenzen variieren, jedoch muß eine Vergrößerung des Außendurchmessender Einspritzdüse in Kauf genommen werden, wodurch sich Einbauprobleme ergeben können.

Vorteile der Erfindung

[0002] Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Mittel zum Dämpfen der Ventilnadelbewegung die Außenabmessungen der Einspritzdüse nur geringfügig vergrößern. Die Spritzdauer kann dennoch auf den Motorbedarf gut abgestimmt werden, wodurch sich günstige Motorwerte ergeben. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Anordnung bei Einspritzdüsen mit Ventilnadeln, deren Durchmesser kleiner als 6 mm ist und bei denen erfahrungsgemäß ohne zusätzliche Maßnahmen in der Regel ein zu schnelles Öffnen erfolgt.

[0003] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.

[0004] Eine einfache und kompakte Ausführung ergibt sich, wenn der Drosselkörper auf der Ventilnadel verschiebbar gelagert und durch eine Rückführfeder gegen eine der Druckschulter an der Ventilnadel vorgelagerte gehäusefeste Anschlagschulter gedrückt ist, und wenn zur Druckschulter mindestens ein ventilloser Drosselspalt führt.

[0005] Eine zusätzliche, unmittelbar und unverzögert wirkende Druckkraft zum Abheben der Ventilnadel vom Ventilsitz ergibt sich, wenn die Ventilnadel eine zweite Druckschulter hat, auf welche der Kraftstoffdruck im Druckraum ungedrosselt einwirkt.

[0006] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Rückführfeder des Drosselkörpers und die Drosselspalte so bemessen bzw. aufeinander abgestimmt sind, daß zumindest im höheren Drehzahlbereich der Maschine ein folgender Öffnungshub der Ventilnadel schon beginnt, bevor der Drosselkörper bei seiner Rückführbewegung an der gehäusefesten Anschlagschulter zur Anlage kommt. Mit zunehmender Drehzahl kann ein immer größerer Teil des zwischen dem Drosselkörper und der Druckschulter eingeschlossenen Kraftstoffvolumens bis zum Beginn des nächsten Öffnungshubes über die Drosselspalte nicht abströmen. Dieses Kraftstoffvolumen bildet dann gewissermaßen ein flüssiges Anschlagspolster für den Drosselkörper, über welches beim nächsten Öffnungshub die Ventilnadel zunächst ungedämpft verschoben wird, bis der Drosselkörper zur Anlage an der gehäusefesten Anschlagschul-ter kommt und die Dämpfung wieder wirksam wird.

Zeichnung

[0007] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch den Düsenkörper der Einspritzdüse nach dem Ausführungsbeispiel, und in den Figuren 2 bis 4 sind Funktionsschaubilder der Dämpfungsmittel der Einspritzdüse nach Figur 1 dargestellt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0008] Die Einspritzdüse hat einen Düsenkörper 10, in welchem eine Ventilnadel 12 verschiebbar gelagert und ein konischer Ventilsitz 14 gebildet ist, von welchem eine zylindrische Spritzöffnung 16 zur brennraumseitigen Stirnwand 18 des Düsenkörpers 10 führt. Die Ventilnadel 12 hat einen Führungsab- - schnitt 20, welcher an einer Druckschulter 22 in einen im Durchmesser kleineren Abschnitt 24 übergeht. Dieser geht an einer zweiten Druckschulter 26 in einen weiter abgesetzten Abschnitt 28 über, an welchem sich ein Ventilkegel 30, ein die Spritzöffnung 16 mit Spiel durchsetzender Drosselzapfen 32 und ein Spritzformungszapfen 34 anschließen. Eine nicht dargestellte Schließfeder übt auf die Ventilnadel 12 eine Schließkraft in Richtung des Pfeiles P aus.

[0009] Im Düsenkörper 10 ist ein Druckraum 36 gebildet, der über einen Kanal 38 mit einer Ringnut 40 an der oberen Stirnseite des Düsenkörpers 10 verbunden ist. Bei eingebautem Düsenkörper 10 mündet in die Ringnut 40 ein Kraftstoff-Zulaufkanal ein, der innerhalb eines Düsenhalter verläuft. Der Druckraum 36 ist über Bohrungen 42, 44 mit unterschiedlichen Durchmessern mit einem Druckraum 46 in der Führungsbohrung des Düsenkörpers 10 verbunden, welcher durch die Druckschulter 22 der Ventilnadel 12 begrenzt ist.

[0010] Die beiden Druckräume 36 und 46 sind durch einen Drosselkörper 50 voneinander getrennt, welcher auf dem abgesetzten Abschnitt 24 der Ventilnadel 12 mit einem gewissen Radialspiel 52 verschiebbar gelagert und von einer Rückführfeder 54 gegen eine zwischen den Bohrungen 42 und 44 gebildete Anschlagschulter 56 gedrückt ist. Der Außendurchmes.ser des Drosselkörpers 50 ist so bemessen, daß sich zwischen ihm und der Wand der Bohrung 42 ebenfalls ein gewisses Radialspiel 58 ergibt. Ferner ist im Drosselkörper 50 eine Drosselbohrung 60 enthalten, welche die Druckräume 36 und 46 miteinander verbindet.

[0011] Die Arbeitsweise der Einspritzdüse wird nachstehend anhand der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Funktionsschaubilder beschrieben.

[0012] Zu Beginn eines Einspritzvorganges steigt der Kraftstoffdruck im Druckraum 36 an, von wo er sich durch das Radialspiel 52 und die Drosselbohrung 60 in den Druckraum 46 fortpflanzt. Der Kraftstoffdruck wirkt so unmittelbar auf die zweite Druckschulter 26 und über die Drosselspalte 52, 60 auf die erste Druckschulter 22 der Ventilnadel 12 ein. Die Ventilnadel 12 hebt dadurch vom Ventilsitz 14 ab, wonach eine gedrosselte Kraftstoffmenge innerhalb einer Voreinspritzphase durch das Radialspiel zwischen Drosselzapfen 32 und Spritzöffnung 16 in den Brennraum gelangt. Weil der Kraftstoff nur gedrosselt in den Druckraum 46 übertreten kann, erfolgt die Öffnungsbewegung der Ventilnadel 12 entsprechend langsam, wodurch die Voreinspritzphase in der gewünschten Weise verlängert wird. Wenn der Drosselzapfen 32 aus der Spritzöffnung 16 ausgetreten ist, beginnt die Haupteinspritzphase, in welcher der Kraftstoff ungedrosselt in den Brennraum gelangt.

[0013] Am Ende der Haupteinspritzphase führt die Schließfeder die Ventilnadel 12 in die dargestellte Schließlage zurück, wobei der Drosselkörper 50 über das zwischen ihm und der Druckschulter 22 eingeschlossene Kraftstoffvolumen entgegen der Kraft der Rückführfeder 54 in eine im Folgenden als zweite Endstellung bezeichnete Stellung nach unten verschoben wird. Dabei setzt die Rückführfeder 54 der wesentlich stärkeren Schließfeder nur einen verhältnismäßig geringen Widerstand entgegen, so daß der Schließhub weitgehend ungedämpft erfolgt. Vom Beginn des Schließhubes andrückt die Rückführfeder 54 den Drosselkörper 50 gegen die Anschlagschulter 56 zurück, wobei die in den Druckraum 46 vorher eingeströmte Kraftstoffmenge aus dem Druckraum 46 durch die Radialspiele 52, 58 und die Drosselbonrung 60 wieder in den Druckraum 36 verdrängt wird. Das kann wegen der engen Querschnitte der Radialspiele 52, 58 und der Drosselbohrung 60 nur mit einer gewissen Verzögerung erfolgen. Der Abstand zwischen der dargestellten ersten und der zweiten Endstellung des Drosselkörpers 50 entspricht dem Ventilnadelhub, verringert um einen geringen Rückhub, welchen der Drosselkörper 50 schon während der Schließzeit der Ventilnadel 12 unter dem ständigen Einfluß der Rückführfeder 54 ausführt.

[0014] Der Drosselkörper 50 bildet mit den Radialspielen 52, 58, der Drosselbohrung 60 und der Rückführfeder 54 ein Zeit-Wegglied, dessen Funktion in den Schaubildern nach den Figuren 2 bis 4 verdeutlicht ist. In diesen Schaubildern ist jeweils der Verlauf des Ventilnadelhubes mit voll ausgezogenen Linien h und der Verlauf der Auslenkung des Drosselkörpers 50 mit gestrichelten Linien a über der Zeit t dar- .gestellt. In allen drei Schaubildern liegt die in Figur 1 gezeigte Schließlage der Ventilnadel 12 und die erste Endstellung des Drosselkörpers 50 in der Zeitachse t.

[0015] Zum Zeitpunkt t₁ (Figur 2) soll der Schließhub der Ventilnadel 12 beginnen, bei welchem der Drosselkörper 50 aus der ersten Endstellung E₁ in die zweite Endstellung E2 geschoben wird. Der Drosselkörper 50 legt dabei einen Weg a ₅ zurück, der, wie bereits erwähnt, etwas kleiner als der Gesamthub h _g der Ventilnadel 12 ist. Der Schließhub ist zum Zeitpunkt t₂ beendet. Von da ab beginnt sich der Drosselkörper 50 unter dem Einfluß der Rückführfeder 54 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit zurückzubewegen, welche sich im Schaubild als Winkel α darstellt.

[0016] Zum Zeitpunkt t₃ soll ein neuer Öffnungshub der Ventilnadel 12 beginnen. Wenn, wie in Figur 2 dargestellt, zum Zeitpunkt t₃'der Drosselkörper 50 seine erste Endstellung noch nicht wieder erreicht hat, wird er mit annähernd der gleichen Geschwindigkeit wie die Ventilnadel 12 in diese Endstellung zurückgeführt. Er erreicht dann die erste, in Figur 1 dargestellte Endstellung E zum Zeitpunkt t₄. Von da ab wird der Drosselkörper 50 durch die Anschlagschulter 56 an einer weiteren Bewegung in Öffnungsrichtung der Ventilnadel 12 gehindert, wodurch die beschriebene Dämpfung wieder wirksam wird. Im Schaubild ist dies dadurch erkennbar,.daß der Hubverlauf im Zeitpunkt t₄ einen Knickpunkt K hat. Vom Zeitpunkt t₄ wird die Ventilnadel 12 mit gedämpfter, d.h. mit verringerter Geschwindigkeit, in die Hubendstellung überführt, worauf sich das beschriebene Spiel wiederholt.

[0017] In den Figuren 3 und 4 ist veranschaulicht, daß sich die Dämpfungswirkung der beschriebenen Mittel den verschiedenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine selbsttätig anpaßt. In Figur 3 läuft die Brennkraftmaschine mit geringer Drehzahl und geringer Belastung, so daß der Drosselkörper 50 seine erste Endstellung bereits vor Beginn des nächsten Öffnungshubes erreicht. In diesem Fall ist die Dämpfung über den gesamten nächsten Öffnungshub der Ventilnadel 12 wirksam. In Figur 4 ist ein Betriebszustand dargestellt, bei welchem die Brennkraftmaschine mit hoher Drehzahl und unter großer Belastung läuft, bei welcher sich auch ein großer Ventilnadelhub einstellt. In diesem FalLbeginnt der nächste Öffnungshub, bevor der Drosselkörper 50 in seine erste Endstellung zurückgelaufen ist. Der Knickpunkt K des Hubverlaufs h der Ventilnadel 12 ist noch weiter gegen das Hubende hin gerückt, als beim Betriebszustand nach Figur 2, so daß auch ein geringerer Teil der Öffnungsbewegung der Ventilnadel 12 gedämpft wird. Die Figur 4 macht auch deutlich, daß der Knickpunkt K umso weiter gegen das Öffnungshubende der Ventilnadel 12 rückt, je schneller die Einspritzvorgänge aufeinanderfolgen und je größer der Ventilnadelhub ist.

Ansprüche

1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit einem Düsenkörper, in welchem eine schließfederbelastete Ventilnadel verschiebbar gelagert und ein mit einer Kraftstoffzuleitung verbundener Druckraum gebildet ist, der die Ventilnadel im Bereich einer Druckschulter umgibt, an welcher der Kraftstoffdruck eine die Ventilnadel entgegen der Kraftstoffströmung in Öffnungsrichtung verschiebende Kraft hervorruft, und ferner mit Mitteln, welche die Öffnungshubbewegung der Ventilnadel dämpfen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Einmündung der Kraftstoffzuleitung (38) in den Druckraum (36, 46) und der Druckschulter (22) der Ventilnadel (12) ein Drosselkörper (50) angeordnet ist, welcher beim Öffnungshub der Ventilnadel (12) den Kraftstoff-Zustrom zur Druckschulter (22) drosselt und beim Schließhub der Ventilnadel (12) das in umgekehrter Richtung zu verdrängte Kraftstoffvolumen unverzögert zurückströmen läßt.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (50) auf der Ventilnadel (12) verschiebbar gelagert und durch eine Rückführfeder (54) gegen eine der Druckschulter (22) der Ventilnadel (12) vorgelagerte gehäusefeste Anschlagschulter (56) gedrückt ist, und daß zur Druckschulter (22) der Ventilnadel (12) mindestens ein ventilloser Drosselspalt (52, 58, 60) führt.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselspalt durch das Radialspiel (52) zwischen Drosselkörper (50) und Ventilnadel (12) gebildet ist.

4. Einspritzdüse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselspalt bzw. ein weiterer Drosselspalt durch eine Drosselbohrung (60) im Drosselkörper (50) gebildet ist.

5. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (12) eine zweite Druckschulter (26) hat, auf welche der Kraftstoffdruck im Druckraum (36) ungedrosselt einwirkt.

6. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführfeder (54) des Drosselkörpers (50) und die Drosselspalte (52, 58, 60) so bemessen bzw. so aufeinander abgestimmt sind, daß zumindest im höheren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine ein folgender Öffnungshub der Ventilnadel (12) schon beginnt, bevor der Drosselkörper (50) bei seiner Rückführbewegung an der gehäusefesten Anschlagschulter (56) zur Anlage kommt.

Zeichnung