Kraftstoffeinspritzdüse

Abstract

 Die Kraftstoffeinspritzdüse (1) weist eine Düsennadel auf, deren dem Nadelsitz abgewendetes Ende in einen, eine Düsennadelfeder (14) aufnehmenden Raum (15) eintaucht. Es ist ein elektromagnetisches Ventil (8) vorgesehen, dessen Steuerschieber (7) in geöffneter Stellung den Düsennadelraum oder den Pumpendruckraum (9) mit der Rücklaufleitung bzw. dem Saugraum (8) der Pumpe verbindet. Es ist weiters ein Kolben (13) vorgesehen, welcher einseitig mit dem Pumpendruck beaufschlagt und an der anderen Seite gegen die Düsennadelfeder (14) abgestützt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einer Düsennadel, deren dem Nadelsitz abgewandtes Ende in einen mit Kraftstoff füllbaren und vorzugsweise die Düsennadelfeder enthaltenden Raum eintaucht, mit einem elektromagnetischen Ventil zur Steuerung des Einspritzvorganges.

[0002] Eine Einrichtung dieser Art ist aus der US-PS 4 349 152 bekanntgeworden, bei welcher ein elektromagnetisch betätigbares Ventil in die Kraftstoffzuführungsleitung zur Düse eingeschaltet ist. Die Zuführung des Kraftstoffes unter Druck zur Düsennadel bzw. dem Düsennadelraum kann durch Betätigung des elektromagnetischen Ventiles freigegeben werden oder aber abgeschlossen werden.

[0003] Bei diesen bekannten Konstruktionen ist die Steuersignaldauer für die Einspritzmenge bestimmend und es ergeben sich bei diesen bekannten Konstruktionen immer dann Probleme, wenn extrem kleine Einspritzmengen eingespritzt werden sollen. Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß auch sehr kleine Einspritzmengen ohne weiteres steuerbar sind. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß das elektromagnetische Ventil in geöffneter Stellung den Düsennadelraum oder den Pumpendruckraum mit der Rücklaufleitung bzw. dem Saugraum der Pumpe verbindet und daß ein Kolben vorgesehen ist, dessen Arbeitsraum mit dem Düsennadelraum oder Druckraum der Pumpe verbunden ist und dessen aus dem Arbeitsraum austauchendes Ende gegen die Düsennadelfeder abgestützt ist, wobei der wirksame Querschnitt des Kolbens größer ist als der im öffnungssinne beaufschlagte Querschnitt der Düsennadel. Dadurch, daß ein Kolben vorgesehen ist, dessen Arbeitsraum mit dem Düsennadelraum oder dem Druckraum der Pumpe verbunden ist und dessen aus dem Arbeitsraum austauchendes Ende gegen die Düsennadelfeder abgestützt ist, wird vor dem eigentlichen Einspritzvorgang, d.h. vor dem Abheben der Düsennadel, zunächst ein Arbeitshub dieses Kolbens ausgelöst, wodurch sich eine gewisse Verzögerung im Einspritzvorgang ergibt. Der Arbeitshub des Kolbens führt in jedem Falle zu einer Erhöhung der Vorspannung der Düsennadelfeder und damit des Nadelöffnungsdruckes. Es wird somit eine bessere Zerstäubung des Kraftstoffes in der Anfangsphase der Einspritzung erzielt, wodurch sich eine Rauchverminderung ergibt. Dieser zusätzliche Kolben bringt somit eine zusätzliche Zeitkonstante zwischen dem Steuerimpuls und dem Spritzbeginn, wodurch sehr kleine Einspritzmengen steuerbar sind. Diese Zeitkonstante addiert sich zu der Steuersignaldauer für die Einspritzung. Die minimale Schaltdauer des Magnetventiles ist durch die Verzögerungen zwischen den elektrischen Impulsen, den Kraftanstieg bzw. die Kraftentlastung des Elektromagneten und die Trägheit der beweglichen Teile begrenzt und daher für eine exakte Dosierung der Leerlaufmenge und der Teillastmenge bei höheren Drehzahlen nicht geeignet. Die Addition dieser zusätzlichen Zeitkonstante für die Bewegung des Kolbens kann die Funktion auch im Teillastbereich und im Leerlaufbereich sicherstellen. Das elektromagnetische Ventil ist hiebei so angeordnet, daß es in geöffneter Stellung den Düsennadelraum oder den Pumpendruckraum mit der Rücklaufleitung bzw. dem Saugraum der Pumpe verbindet. Auf diese Weise ist auch ein relativ rasches Schließen der Düsennadel möglich. In jedem Fall muß der wirksame Querschnitt des Kolbens größer sein als der im öffnungssinne beaufschlagte Querschnitt der Düsennadel, um sicherzustellen, daß zunächst der Kolben einen Hub ausübt, bevor die Düsennadel abhebt.

[0004] Die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann sowohl bei Kraftstoffeinspritzdüsen mit gesonderter Pumpe als auch bei Kraftstoffeinspritzdüsen mit integrierter Hochdruckkolbenpumpe Verwendung finden. Bei der Ausbildung der Einspritzdüse als Pumpe-Düse-Baueinheit ist hiebei vorzugsweise der Kolben über eine dichtende Anschlagfläche an den Hochdruckraum der Pumpe angeschlossen und der Düsennadelraum in Strömungsrichtung nach der dichtenden Anschlagfläche an den Arbeitsraum des Kolbens angeschlossen. Der Druckhub des Pumpenkolbens wird hier nach dem Abschluß des Druckraumes der Pumpe durch das elektromagnetische Ventil begonnen, wobei die Zuführung des Kraftstoffes unter Druck zum Düsennadelraum erst nach Abheben des Kolbens erfolgt, welcher in diesem Falle als Druckventil wirkt. Dieser Druckventilhub führt wiederum zu einer Erhöhung der Federvorspannung der Düsennadelfeder.

[0005] Die Ausbildung kann aber auch so getroffen sein, daß der Arbeitsraum des Kolbens über eine Zweigleitung an die Zuführungsleitung zum Düsennadelraum angeschlossen ist. Bedingt durch die Querschnittsverhältnisse wird auch in diesem Falle zunächst der Kolben seinen Hub ausführen, bevor die Düsennadel abheben kann. Der Düsennadelfederraum, in welchen der Kolben eintaucht, kann mit dem Saugraum oder der Rücklaufleitung verbunden sein, sodaß im Düsennadelfederraum immer ein relativ zum Pumpendruck geringerer Druck herrscht. Eine drehzahlabhängige Druckerhöhung im Düsennadelfederraum kann dadurch erreicht werden, daß an den Düsennadelfederraum eine Drossel und/oder ein zum Düsennadelfederraum öffnendes Rückschlagventil angeschlossen ist, über welches dieser Düsennadelfederraum mit dem Saugraum oder der Rücklaufleitung verbunden ist. Zusätzlich zur Düsennadelfeder wirkt in diesem Falle auf die Düsennadel der Flüssigkeitsdruck im Düsennadelfederraum, welcher entsprechend durch Eintauchen des Kolbens erhöht wird. Dieser Druck im Düsennadelfederraum beaufschlagt die Düsennadel im Schließsinne, wodurch der öffnungsdruck der Düsennadel entsprechend erhöht wird.

[0006] Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine als Pumpe-Düse-Baueinheit ausgebildete Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Teilquerschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 und Fig. 3 eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse mit gesonderter Hochdruckpumpe schematisch im Längsschnitt und Fig. 4 eine weitere abgewandelte Ausführungsform mit gesonderter Hochdruckpumpe.

[0007] In Fig. 1 ist eine Pumpe-Düse-Baueinheit 1 dargestellt, welche über einen Kipphebel 2 von dem Nocken 3 einer Nockenwelle angetrieben ist. Der Pumpenkolben 4 überschleift bei seinem Hub die Saugbohrung 5, welcher über eine Leitung 6 Kraftstoff unter Pumpenvordruck zugeführt ist. Solange der Steuerschieber 7 des elektromagnetischen Ventiles 8 geöffnet ist, erfolgt noch kein Aufbau eines Pumpendruckes. Vielmehr wird der Kraftstoff aus dem Druckraum 9 der Kraftstoffpumpe über eine Bohrung 10 und das geöffnete elektromagnetische Ventil 8 zum Saugraum 11 rückgeführt. Nach dem Schließen des elektromagnetischen Ventiles 8 auf Grund eines Steuerimpulses der elektronischen Steuereinheit 12 erfolgt ein Aufbau eines Druckes im Druckraum 9 der Einspritzpumpe.

[0008] Unterhalb des Druckraumes ist ein Kolben 13 nach Art eines Druckventiles im Düsenkörper gelagert, welcher durch die Düsennadelfeder 14 in der Schließlage gehalten ist und in den Düsennadelfederraum 15 eintaucht. Sobald der Pumpendruck im Druckraum 9 groß genug ist, wird der Kolben 13 abwärts bewegt, wodurch die Düsennadelfeder 14 weiter vorgespannt wird. Ab diesem Zeitpunkt kann Kraftstoff unter Druck am von dem Kolben 13 gebildeten Druckventil vorbeiströmen und über die Bohrungen 16 zum Düsennadelraum gelangen. Sobald der Druck hinreichend groß ist, um die Kraft der Düsennadelfeder 14 zu überwinden, hebt die Düsennadel ab und der Einspritzvorgang setzt ein.

[0009] Der Düsennadelfederraum 15 ist über eine Bohrung 17 mit dem Saugraum der Pumpe verbunden.

[0010] Der Hub des Kolbens 13 wird durch einen Anschlag 18 begrenzt. Der Durchmesser des Kolbens 13 ist größer als der Nadelsitzdurchmesser der Düse 19. Im Düsennadelfederraum 15 herrscht auf Grund der offenen Verbindung durch die Bohrung 17 der Saugraumdruck.

[0011] Der Spritzbeginn wird definiert durch die Zuordnung des Steuerimpulses der elektrischen Steuereinheit 12 zum oberen Totpunkt und durch die Zeit für die Förderung des Volumens, das dem Durchmesser und dem Hub des Kolbens 13 entspricht. Die Verzögerung zwischen dem elektrischen Impuls und dem tatsächlichen Spritzbeginn entspricht einer Zeitkonstante, die der Drehzahl indirekt proportional ist. Sobald kein Steuersignal mehr am elektromagnetischen Ventil 8 anliegt, wird der Steuerschieber 7 durch die Kraft der Feder 20 wiederum in seine Offenstellung verschoben und es wird der Ablauf des Kraftstoffes über die Bohrung 10 zum Saugraum freigegeben. Auf diese Weise wird der Druckraum 9 der Pumpe-Düse entlastet und die Düsennadel der Düse 19 kann wiederum in die Schließstellung gelangen. Das Druckventil bzw. der Kolben 13 gelangt auf Grund der Kraft der Feder 14 wiederum in seine Ausgangslage und es wird der Druckraum der Einspritzpumpe relativ zum Düsennadelraum wiederum abgeschlossen.

[0012] Bei der Darstellung nach Fig. 2 ist die Anordnung des Steuerschiebers 7 relativ zum Druckraum der Pumpe bzw. zum Saugraum derselben deutlicher dargestellt.

[0013] Bei der Ausbildung nach Fig. 3 ist eine gesonderte Hochdruckpumpe 21 vorgesehen, welche von der Einspritzeinheit 22 getrennt ist. Der Funktionsablauf für Spritzbeginn und Spritzende ist mit dem Ablauf bei der Ausbildung nach Fig. 1 identisch. Aus einem Kraftstofftank e23 wird über eine Pumpe 24 unter Zwischenschaltung eines Filters 25 Kraftstoff unter Druck der Hochdruckpumpe 21 zugeführt. Die einzelnen steuerbaren Einspritzdüsen sind über Rückschlagventile 26 und Leitungen 27 mit der Hochdruckpumpe 21 verbunden. Es ist weiters ein Sicherheitsventil 28 vorgesehen, über welches die Hochdruckpumpe 21 wiederum mit dem Tank bzw. einer Rücklaufleitung verbunden ist.

[0014] Bei geschlossenem Steuerschieber 7 gelangt der Kraftstoff unter Druck über die Leitung 27 in die Bohrung 29 der Einspritzdüse, welche mit dem Düsennadelraum verbunden ist. über eine Zweigleitung 30 ist ein Arbeitsraum 31 des Kolbens 13 mit der Druckleitung verbunden. Der Arbeitsraum 31 ist gegenüber dem Rücklaufsammelraum 32 durch eine Schraube 33 abgedichtet, welche gleichzeitig einen Anschlag 34 für das Magnetventil 8 bildet. Auf Grund der Querschnittsbemessung des Kolbens 13 wird ein Druckaufbau in den Kanälen 29 und 30 zunächst eine Verschiebung des Kolbens 13 bewirken, welcher hiebei in den Düsennadelfederraum 15 eintaucht und die Düsennadelfeder 14 vorspannt. Durch diesen Hub des Kolbens 13 wird wiederum eine Verzögerung des Nadelhubes und damit der öffnung der Düse bewirkt. Der Düsennadelfederraum 15 steht über Bohrungen 35 und eine Drossel 36 mit der Rücklaufleitung 37 in Verbindung. Bedingt durch diese Drossel 36 erfolgt nur eine verzögerte Verdrängung von Kraftstoff aus dem Düsennadelfederraum 15 beim Eintauchen des Kolbens 13, wodurch sich eine weitere drehzahlabhängige Druckerhöhung und damit eine weitere Verzögerung des Düsennadelhubes ergibt. An Stelle der Drossel 36 kann auch ein Rückschlagventil 38 vorgesehen sein. Der Einspritzvorgang wird dadurch beendet, daß der elektromagnetisch betätigte Steuerschieber 7 in seine Offenstellung gelangt, wodurch die Druckleitung 27 unmittelbar mit der Rücklaufleitung 37 verbunden wird und in den Kanälen 29 bzw. 30 ein entsprechender Druckabfall eintritt, welcher den Schließhub der Düsennadel zur Folge hat.

[0015] Die Hochdruckpumpe 21 ist als Reiheneinspritzpumpe ausgebildet und kann daher ohne Steuerorgane ausgebildet sein. Die Zuordnung des theoretischen Förderbeginnes der jeweiligen Pumpenelemente dieser Pumpe 21 zum oberen Totpunkt definiert die größte Spritzbeginnverstellung.

[0016] In Fig. 4 ist eine abgewandelte Ausführungsform ersichtlich, bei welcher ebenso wie bei der Ausbildung nach Fig. 3 die Einspritzdüse von der Einspritzpumpe getrennt ist. Die elektrische Steuereinheit mit dem Steuerschieber 7 sowie dem elektromagnetischen Ventil 8 ist mit der Kolbenbüchse 39 der Einspritzpumpe verbunden. Die Steuereinheit ist in einem Gehäuse 40 integriert und dieses Gehäuse 40 ist durch eine Muffe 41 an der Kolbenbüchse 39 befestigt. Die Muffe 41 weist an der dem Steuereinheitgehäuse zugewandten Seite ein Gewinde 42 auf, dessen Steigung entgegengesetzt der Steigung des Gewindes 43 für die Verbindung der Muffe mit der Pumpenkolbenbüchse 39 ist.

[0017] Bei der Darstellung nach Fig. 4 ist der Kolben 13 dahingehend modifiziert, daß die Hubbewegung hydraulisch gedämpft ist. Die vom Druck beaufschlagte Fläche des Kolbens 13 in der gezeichneten Ausgangsposition wird so gewählt, daß der Kolbenhub vor der Einspritzung erfolgt.

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzdüse mit einer Düsennadel, deren dem Nadelsitz abgewandtes Ende in einen mit Kraftstoff füllbaren und vorzugsweise die Düsennadelfeder (14) enthaltenden Raum (15) eintaucht, mit einem elektromagnetischen Ventil (8) zur Steuerung des Einspritzvorganges, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Ventil (8) in geöffneter Stellung den Düsennadelraum oder den Pumpendruckraum (9) mit der Rücklaufleitung bzw. dem Saugraum (8)der Pumpe verbindet und daß ein Kolben (13) vorgesehen ist, dessen Arbeitsraum (31) mit dem Düsennadelraum oder Druckraum (9) der Pumpe verbunden ist und dessen aus dem Arbeitsraum austauchendes Ende gegen die Düsennadelfeder (14) abgestützt ist, wobei der wirksame Querschnitt des Kolbens (13) größer ist als der im öffnungssinne beaufschlagte Querschnitt der Düsennadel.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse als Pumpe-Düse-Baueinheit ausgebildet ist, daß der Kolben (13) über eine dichtende Anschlagfläche an den Hochdruckraum (9) der Pumpe anschließt und daß der Düsennadelraum in Strömungsrichtung nach der dichtenden Anschlagfläche an den Arbeitsraum (31) des Kolbens (13) angeschlossen ist.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (31) des Kolbens (13) über eine Zweigleitung (30) an die Zuführungsleitung (29) zum Düsennadelraum angeschlossen ist.

4. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsennadelfederraum (15), in welchen der Kolben (13) eintaucht, mit dem Saugraum (8) oder der Rücklaufleitung verbunden ist.

5. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsennadelfederraum (15) über eine Drossel (36) und/oder ein zum Düsennadelfederraum (15) öffnendes Rückschlagventil mit dem Saugraum (8) oder der Rücklaufleitung verbunden ist.

Zeichnung