Einspritzventil für Brennkraftmaschinen

Abstract

 Das Einspritzventil umfaßt eine äußere Ventilnadel (3) und eine zentrale innere Ventilnadel (4), die jeweils einen Ventilsitz (12,13) in einer zweistufigen Sackbohrung (7) der Einspritzdüse aufweisen. Jede Ventilnadel (3,4) schließt über dem Ventilsitz (12,13) zugeordnete Düsenbohrungen (8,9,10,11) ab, die in übereinander angeordneten Ebenen (X-X,Y-Y) vorgesehen sind. Dabei ist jede Ventilnadel (3,4) separat steuerbar.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Einspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einstellbarem variablen Durchfluß, wobei ein Ventilkörper mit in zwei übereinander angeordneten Ebenen vorgesehene Düsenbohrungen vorgesehen sind, die über zugeordnete Ventilnadeln steuerbar sind.

[0002] Aus der EP 0 546 985 A1 ist ein Brennstoff-Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine bekannt, das für einen wahlweise Betrieb mit Dieselöl oder mit einem gasförmigen Brennstoff ausgelegt ist. Das Einspritzventil weist eine Einspritzdüse mit übereinander angeordneten Düsenbohrungen im Ventilkörper und in der eigentlichen Düse auf. Eine innere Ventilnadel ist in diesem Körper und eine äußere Ventilnadel ist auf einer den Düsenkörper umhüllenden Hülse geführt. Beide Ventilnadeln schließen über einen Kegelsitz die Düsenbohrungen ab.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, das in Abhängigkeit vom Betriebszustand eine Steuerung der Ventilnadel zum Öffnen und Schließen von Düsenbohrungen in der Einspritzdüse zum variablen Durchfluß gewährleistet.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Düsenbohrungen in einer stufenförmig abgesetzten Sackbohrung der Einspritzdüse angeordnet sind und daß in einer äußeren Ventilnadel eine innere zentrale Ventilnadel angeordnet ist, und daß die im ersten unteren Bereich der Sackbohrung angeordneten Düsenbohrungen bei Vollastbetrieb von der inneren Düsennadel geöffnet werden und die im zweiten oberen Bereich der Sackbohrung angeordneten weiteren Düsenbohrungen für den Teillastbetrieb bzw. für den Zündstrahl bei Dual-Fuel-Betrieb von der äußeren Düsennadel über den Einspritzdruck geöffent werden.

[0005] Die äußere Ventilnadel bildet mit einer ersten Stufe der Sackbohrung einen Ventilsitz, wobei die innere Ventilnadel mit der zweiten Stufe der Sackbohrung ebenfalls einen Ventilsitz bildet. Die Ventilnadeln werden hydraulisch angesteuert, derart, daß bei einem Einspritzvorgang die Düsenbohrungen der unteren Ebene verschlossen bleiben, wenn die Teillast oder mit einem Zündstrahl ein Betrieb erfolgt.

[0006] Durch die in zwei Ebenen angeordneten Düsenbohrungen in der Einspritzdüse und der beiden Ventilnadeln, wird es möglich, entsprechend dem Betriebszustand, mittels der Ventilnadeln die unteren Düsenbohrungen zu öffnen oder geschlossen zu halten. Im Teillastbetrieb und bei DualFuel-Betrieb werden über die innere Ventilnadel die Düsenbohrungen der unteren Ebene fest verschlossen gehalten, so daß ein Einspritzvorgang nur über die Düsenbohrungen der Ebene als Zündstrahl erfolgen kann. Die Betätigung der inneren Ventilnadel bzw. die Schließkräfte werden elektromagnetisch bzw. hydraulisch erzeugt.

[0007] Ansonsten sind die Düsenbohrungen der oberen Ebene für einen Teillastbetrieb und die Düsenbohrungen beider Ebenen für einen Vollastbetrieb ausgelegt. Im Bereich Leerlauf bis Vollast ist die Einspritzdüse des Ventils über die innere Ventilnadel derart ansteuerbar, daß bei kleinen Einspritzmengen ein kleiner Durchflußquerschnitt der oberen Bohrungen und bei voller Einspritzmenge ein großer Durchflußquerschnitt aller Bohrungen erzielbar ist.

[0008] Der Vorteil dieser Düsenanordnung besteht darin, daß die Druckstufe zum Öffnen in allen Betriebszuständen gleichgehalten werden kann. Desweiteren fließt der kühlende Kraftstoff über den Ventilnadelsitz der Düse und zwar bei allen Lastzuständen, weshalb eine Extradüsenleitung möglicherweise nicht erforderlich ist. Durch die Einspritzdüse kann schnell und vor allem sicher, unabhängig von den Einspritzdrücken von einem Betriebszustand in einen anderen Betriebszustand umgeschaltet werden.

[0009] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt, wobei ein Querschnitt durch ein Einspritzventil mit Einspritzdüse sowie innerer und äußerer Ventilnadel dargestellt ist.

[0010] Ein Einspritzventil 1 für eine Brennkraftmaschine umfaßt einen Ventilkörper 2, in dem eine äußere Ventilnadel 3 mit Druckstufe 18 und eine innere Ventilnadel 4 ohne Druckstufe angeordnet sind. Die Ventilnadel 3 wird durch den Einspritzdruck geöffnet. Die Schließkräfte der Ventilnadel 4 werden elektromagnetisch bzw. hydraulisch erzeugt. In diesem Fall ist eine hydraulische Einstellung vorgesehen.

[0011] Die innere Düsennadel 4 ist zentrisch in der äußeren Düsennadel 3 angeordnet und weist einen Ventilsitz 12 in der unteren Stufe II der Sackbohrung 7 auf. Über diesen Ventilsitz 12 werden die Düsenbohrungen 10 und 11 in der unteren Ebene X-X abgeschlossen bzw. geöffnet. Die äußere Düsennadel 3 weist einen Ventilsitz 13 in der oberen Stufe I der Sackbohrung 7 auf. Über diesen Ventilsitz 13 werden die Düsenbohrungen 8, 9 abgeschlossen bzw. wieder geöffnet.

[0012] Durch die Ausbildung des Einspritzventils 1 mit der Düse 6 und der inneren Ventilnadel 4 ist es möglich, die unteren Düsenbohrungen 10, 11 durch hydraulisches Niederpressen zu verschließen, so daß der Ventilsitz der inneren Ventilmadel 4 geschlossen bleibt. Im Bedarfsfall wird die Ventilnadel 4 geöffnet, so daß auch eine Einspritzung durch die Düsenbohrungen 10, 11 erfolgt.

[0013] Es wird hierdurch eine Einspritzdüse 6 mit variablem Durchflußquerschnitt geschaffen, die sowohl bei Dieselbetrieb im Bereich Leerlauf bis Vollast als auch bei Dual-Fluel-Betrieb zur Zuführung eines Zündstrahls arbeitet. Diese Einspritzdüse 6 kann somit bei kleineren Einspritzmengen einen kleineren Durchflußquerschnitt und bei vollen Einspritzmengen einen großen Durchflußquerschnitt aufweisen.

[0014] Die Einspritzdüse 6 wird über die innere Ventilnadel 4 variiert und kann einen Teil des Durchflußquerschnitts absperren.

[0015] Zu diesem Zweck ist die Sackbohrung 7 mit den Stufen I und II versehen, wobei sich im unteren Bereich der Sackbohrung 7 die Düsenbohrungen 10, 11 für einen Vollastbetrieb und im oberen Bereich sich die Düsenbohrungen 8, 9 für den Teillastbetrieb befinden. Die Ventilnadel 4 sitzt mit ihrem Dichtkegel auf der Stufe II der Sackbohrung 7 auf und wird durch eine steuerbare Kraft während des Leerlaufs bzw. während des Teillastbetriebs oder des Micropilot-Betriebs betrieben und im Dual-Fuel-Betrieb fest verschlossen gehalten.

[0016] Die Ventilnadel 3 ist in bekannter Weise durch Federanordnungen 13 vorgespannt angeordnet. Die innere Ventilnadel 4 ist zur Einstellung zusätzlich mit einem Steuerkolben 15 versehen, der über eine Steuerleitung 16 in einen Kolbenraum 17 hydraulisch einstellbar ist. Somit bleibt der zugeordnete Ventilsitz fest verschlossen, wenn die Vollastmenge nicht gebraucht wird.

Ansprüche

1. Einspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einstellbarem variablen Durchfluß, wobei ein Ventilkörper mit in zwei übereinander angeordneten Ebenen vorgesehene Düsenbohrungen vorgesehen sind, die über zugeordnete Ventilnadeln steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenbohrungen (8 bis 11) in einer stufenförmig abgesetzten Sackbohrung (7) der Einspritzdüse (6) angeordnet sind und daß in einer äußeren Ventilnadel (3) eine innere zentrale Ventilnadel (4) angeordnet ist, und daß die im ersten unteren Bereich (Y-Y) der Sackbohrung (7) angeordneten Düsenbohrungen (10, 11) bei Vollastbetrieb von der inneren Düsennadel (4) geöffnet werden und die im zweiten oberen Bereich (X-X) der Sackbohrung (7) angeordneten weiteren Düsenbohrungen (8, 9) für den Teillastbetrieb bzw. für den Zündstrahl bei Dual-Fuel-Betrieb von der äußeren Düsennadel (3) über den Einspritzdruck geöffent werden.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Ventilnadel (3) mit einer ersten Stufe (I) und die innere Ventilnadel (4) mit einer zweiten Stufe (II) der Sackbohrung (7) jeweils einen Ventilsitz (13, 12) bildet.

3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Ventilnadel (4) hydraulisch bzw. elektromagnetisch ansteuerbar ist, daß beim Einspritzvorgang die Düsenbohrungen (10, 11) der unteren Ebene (Y-Y) verschließbar sind.

4. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Ventilnadel (4) derart ansteuerbar ist, daß ein Teil des Durchflußquerschnitts absperrbar ist.

5. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich Leerlauf bis Vollast die Einspritzdüse (6) des Ventils (1) über die innere und äußere Ventilnadel (4, 3) derart ansteuerbar ist, daß bei kleinen Einspritzmengen ein kleiner Durchflußquerschnitt und bei vollen Einspritzmengen der volle Durchflußquerschnitt aller Düsenbohrungen (8 - 11) einstellbar ist.

6. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenbohrungen (8, 9) der oberen Ebene (X-X) für einen Teillastbetrieb und alle Düsenbohrungen (8 - 11) beider Ebenen für einen Vollastbetrieb ausgelegt sind.

7. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenbohrungen (10, 11) im Teillastbetrieb und im Dual-Fluel-Betrieb über die innere Ventilnadel (4) mittels einer gesteuerten Schließkraft verschlossen sind.

Zeichnung