Kraftstoffeinspritzdüse

Abstract

 Eine Kraftstoffeinspritzdüse (1) für Brennkraftmaschinen umfasst einen Düsenkörper (2) mit mindestens einem Spritzloch (11) und einer axial verschiebbaren Düsennadel (4), die das mindestens eine Spritzloch (11) für die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff gegen die Wirkung einer Schließfeder (5) freigibt oder verschließt, sowie erfindungsgemäß eine Führungsbohrung (13), in der die Düsennadel (4) und ein Steuerkolben (17) unter Ausbildung eines dazwischen liegenden ersten Steuerraums (18) geführt sind und der Steuerkolben (17) auf seiner dem ersten Steuerraum (18) abgewandten Seite einen zweiten Steuerraum (19) begrenzt, ein Schaltventil (27), das zwischen dem zweiten Steuerraum (19) und einem Ablauf (28) vorgesehen ist, eine Zulaufdrossel (24), über welche der erste Steuerraum (18) mit einer Hochdruckleitung (8) verbunden ist, eine im Steuerkolben (17) vorgesehene Dämpferdrossel (25), über welche die beiden Steuerräume (18, 19) miteinander verbunden sind, und eine Vorspannfeder (23), die den Steuerkolben (17) in Richtung auf die Düsennadel (4) vorspannt.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzdüse nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

[0002] Eine solche Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen ist beispielsweise aus der DE 199 39 420 A1 bekannt geworden.

[0003] Bei dieser bekannten hubgesteuerten Kraftstoffeinspritzdüse wird die Kraftstoffeinspritzung über den in einem Steuerraum herrschenden Steuerdruck gesteuert. Der Steuerraum ist über eine Zulaufdrossel an eine Hochdruckleitung angeschlossen und über ein Schaltventil und eine Ablaufdrossel mit einem Ablauf verbindbar, um den Steuerraum zu entlasten und dadurch eine Düsennadel aufzusteuern. Die Offnungsgeschwindigkeit der Düsennadel ist im Wesentlichen durch das Drosselwiderstandsverhältnis der Zu- und Ablaufdrosseln gegeben.

Vorteile der Erfindung

[0004] Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Offnungsgeschwindigkeit der Düsennadel ab einem vorbestimmten Öffnungshub abgebremst wird. Dies ermöglicht bis zum vorbestimmten Öffnungshub sehr hohe Offnungsgeschwindigkeiten und damit ein gutes Strahleindringverhalten im Brennraum. Das gedämpfte Öffnen nach Erreichen des Öffnungshubs sorgt für eine Reduzierung der Zündverzugsmenge, was schließlich zu verbesserten Abgasemissionen führt.

[0005] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

[0006] Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse in einem Längsschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0007] Die in der Figur gezeigte Kraftstoffeinspritzdüse (Injektor) 1 für Brennkraftmaschinen weist einen zylindrischen Düsenkörper 2 auf, der mit seinem freien unteren Ende in einen nicht näher gezeigten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. In einer Bohrung 3 des Düsenkörpers 2 ist eine Düsennadel 4 axial verschiebbar geführt, die durch eine Schließfeder 5 in einen konischen Ventilsitz 6 am brennraumseitigen Ende der Bohrung 3 gepresst wird. Die Düsennadel 4 ist am brennraumseitigen Ende von einem Ringspalt 7 umgeben, der sich bis an den Ventilsitz 6 erstreckt und über eine Kraftstoff-Hochdruckleitung 8 an einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher (CommonRail) 9 angeschlossen ist. Im gezeigten geschlossenen Zustand der Kraftstoffeinspritzdüse 1 verhindert ein Dichtkonus 10 der Düsennadel 4 in Verbindung mit dem Ventilsitz 6, dass Kraftstoff aus dem Ringspalt 7 durch Spritzlöcher 11 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt.

[0008] Das brennraumabgewandte verdickte Ende 12 der Düsennadel 4 ist in der Längsbohrung (Führungsbohrung) 13 einer Steuerhülse 14 axial verschiebbar geführt, die innerhalb einer an die Hochdruckleitung 8 angeschlossenen Kammer 15 eines Modulkörpers 16 angeordnet ist. In der Führungsbohrung 13 ist zwischen einem darin verschiebbar geführten Steuerkolben 17 und der Düsennadel 4 ein erster Steuerraum 18 gebildet. Auf seiner dem ersten Steuerraum 18 abgewandten Seite begrenzt der Steuerkolben 17 in der Führungsbohrung 13 einen zweiten Steuerraum 19, der über eine Dichtkante 20 der Steuerhülse 14 gegenüber der Kammer 15 abgedichtet, also von dem darin herrschenden Hochdruck (Raildruck) entkoppelt ist. Die Schließfeder 5 ist an der Steuerhülse 14 abgestützt, die dadurch mit ihrer Dichtkante 20 gegen die Kammerwand 21 gedrückt wird. Die Führungsbohrung 13 weist im ersten Steuerraum 18 einen radial nach innen gerichteten Ringvorsprung 22 auf, dessen Unterseite einen Anschlag für die Düsennadel 4 und dessen Oberseite einen Anschlag für den Steuerkolben 17 bildet. Die an der Düsennadel 4 angreifende Schließfeder 5 ist im ersten Steuerraum 18 angeordnet und am Ringvorsprung 22 abgestützt. Der Steuerkolben 17 ist durch eine Vorspannfeder 23, die im zweiten Steuerraum 19 angeordnet und an der Kammerwand 21 abgestützt ist, in Anlage an den Ringvorsprung 22 vorgespannt. Die Vorspannfeder 23 ist deutlich schwächer als die Schließfeder 5 ausgelegt.

[0009] Eine Bohrung in der Hülsenwand der Steuerhülse 14 bildet eine Zulaufdrossel (Z-Drossel) 24, über die der erste Steuerraum 18 mit der Kammer 15 bzw. mit der Hochdruckleitung 8 verbunden ist. Eine im Steuerkolben 17 vorgesehene Bohrung bildet eine Dämpferdrossel 25, über welche die beiden Steuerräume 18, 19 miteinander verbunden sind. Eine Bohrung in der Kammerwand 21 bildet eine Ablaufdrossel (A-Drossel) 26, die über ein 2/2-Wege-Schaltventil 27 mit einem Ablauf (Lecköl) 28 verbunden ist. Die Dämpferdrossel 25 weist einen höheren Drosselwiderstand als die Zulaufdrossel 24 und als die Ablaufdrossel 26 auf.

[0010] Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse 1 beschrieben.

[0011] In der Figur ist das Schaltventil 27 nicht bestromt, so dass in beiden Steuerräumen 18, 19 Raildruck herrscht. Wird das Schaltventil 27 bestromt, wird zuerst der zweite Steuerraum 19 über die Ablaufdrossel 26, deren Drosselwiderstand deutlich kleiner als der Drosselwiderstand der Dämpferdrossel 25 ist, entlastet. Die Dämpferdrossel 25 und das kleine Führungsspiel des Steuerkolbens 17 in der Führungsbohrung 13 verhindern einen sofortigen Druckabfall auch im ersten Steuerraum 18. Der Druck im zweiten Steuerraum 19 sinkt unter den Raildruck ab, so dass der Steuerkolben 17 nach oben bis zur Anlage an der Kammerwand 21 verfährt. Dadurch vergrößert sich das Volumen des ersten Steuerraums 18, und der darin herrschende Druck sinkt unter Raildruck ab. Durch diesen Druckverlust im ersten Steuerraum 18 reicht die Öffnungskraft, die über den Raildruck an einer Druckschulter 29 der Düsennadel 4 wirkt, aus, die Düsennadel gegen die Wirkung der Schließfeder 5 und den im ersten Steuerraum 18 herrschenden Schließdruck aufzusteuern. Dabei verfährt die Düsennadel 4 zunächst mit hoher Nadelgeschwindigkeit um einen bestimmten Öffnungshub, der dem Hub des Steuerkolbens 17 entspricht. Wenn der Steuerkolben 17 an der Kammerwand 21 anliegt und die Düsennadel 4 das Volumen im ersten Steuerraum 18 komprimiert, wird die Düsennadel 4 abgebremst und verfährt, da über die Dämpferdrossel 25 eine nur geringe Steuermenge aus dem ersten Steuerraum 18 abgeführt wird, mit geringer Geschwindigkeit weiter. Die Düsennadel 4 verfährt maximal bis zur Anlage am Ringvorsprung 22, dessen düsennadelseitige Anschlagfläche so ausgebildet ist, dass keine hydraulischen Nebeneffekte den Schließprozess beeinflussen.

[0012] Das Schließen der Düsennadel 4 wird mit dem Zurücksetzen des Schaltventils 1 begonnen, wodurch der Durchfluss durch die Ablaufdrossel 26 gestoppt wird. Über die Zulaufdrossel 24, die einen möglichst hohen Durchfluss aufweist, werden nun die beiden Steuerräume 18, 19 befüllt. Die Düsennadel 4 verfährt zurück in ihren Ventilsitz 6, und die Einspritzung ist beendet. Durch die Vorspannfeder 23 wird der Steuerkolben 17 zurück in seine in der Figur gezeigte Ausgangstellung verfahren.

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzdüse (1) für Brennkraftmaschinen, mit einem Düsenkörper (2) mit mindestens einem Spritzloch (11) und einer axial verschiebbaren Düsennadel (4), die das mindestens eine Spritzloch (11) für die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff gegen die Wirkung einer Schließfeder (5) freigibt oder verschließt,
gekennzeichnet durch:

- eine Führungsbohrung (13), in der die Düsennadel (4) und ein Steuerkolben (17) unter Ausbildung eines dazwischen liegenden ersten Steuerraums (18) geführt sind und der Steuerkolben (17) auf seiner dem ersten Steuerraum (18) abgewandten Seite einen zweiten Steuerraum (19) begrenzt,

- ein Schaltventil (27), das zwischen dem zweiten Steuerraum (19) und einem Ablauf (28) vorgesehen ist,

- eine Zulaufdrossel (24), über welche der erste Steuerraum (18) mit einer Hochdruckleitung (8) verbunden ist,

- eine im Steuerkolben (17) vorgesehene Dämpferdrossel (25), über welche die beiden Steuerräume (18, 19) miteinander verbunden sind, und

- eine Vorspannfeder (23), die den Steuerkolben (17) in Richtung auf die Düsennadel (4) vorspannt.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbohrung (13) durch die Längsbohrung einer Steuerhülse (14) gebildet ist, welche in einer an die Hochdruckleitung (8) angeschlossenen Kammer (15) angeordnet ist, wobei die Führungsbohrung (13) gegenüber der Kammer (15) abgedichtet ist.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerhülse (14) durch die an der Düsennadel (4) abgestützte Schließfeder (5) in dichtender Anlage an einer Kammerwand (21) gehalten ist.

4. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufdrossel (24) durch eine Bohrung in der Hülsenwand der Steuerhülse (14) gebildet ist.

5. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferdrossel (25) einen höheren Drosselwiderstand als die Zulaufdrossel (24) aufweist.

6. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließfeder (5) im ersten Steuerraum (18) angeordnet ist.

7. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbohrung (13) einen ersten Anschlag (22) aufweist, der den Öffnungshub der Düsennadel (4) begrenzt.

8. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbohrung (13) einen zweiten Anschlag (22) aufweist, der den Hub des Steuerkolbens (17) begrenzt.

9. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannfeder (23) im zweiten Steuerraum (19) angeordnet ist.

Zeichnung