Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Bei einer Kraftstoff-Einspritzdüsefür Brennkraftmaschinen nach der EP-A1-00 84 662 (nicht vorveröffentlichtes Dokument nach Art. 54(3) EPÜ) ist zum Anpassen des Öffnungsquerschnitts der Einspritzdüse an die unterschiedlichen Forderungen der Brennkraftmaschine bei verschiedenen Drehzahlen und Belastungen die den Öffnungsquerschnitt steuernde Ventilnadel mit einer Dämpfungseinrichtung gekoppelt. Um zu verhindern, daß sich im höheren Drehzahl- oder Lastbereich der Brennkraftmaschine eine zu lange Spritzdauer einstellt, ist die Dämpfungseinrichtung, die eine von einem Kolben und einem Zylinder gebildete, über eine Drossel beaufschlagbare Dampfungskammer hat, so ausgelegt, daß die Dämpfung bereits vor dem Ende des Öffnungshubes der Ventilnadel unwirksam bemacht wird.

[0002] Dadurch kann bereits eine erhebliche Verkürzung der gesamten Dauer eines Einspritzvorgangs erzielt werden. Problematisch ist jedoch, daß der Zeitpunkt des Unwirksamwerdens der Dämpfung nadelhubabhängig festgelegt ist und daher gewisse Kompromisse zwischen Leerlauf- und Vollast der Brennkraftmaschine in Kauf genommen werden müssen.

Vorteile der Erfindung

[0003] Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine eine den Anforderungen weitgehend entsprechende Dämpfung der Öffnungsbewegung der Ventilnadel und der Spritzdauer selbsttätig einstellt.

[0004] Bei dem durch die GB-A-736 794 bekannten Kraftstoffeinspritzventil gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1 erfolgt eine Dämpfung immer unmittelbar mit Beginn des Öffnungshubes der Ventilnadel. Die zueinander beweglichen Teile der Dämpfungseinrichtung bestehend aus Zylinder und Kolben kehren bei dem Schließvorgang der Ventilnadel immer in ihre Ausgangslage zurück.

[0005] Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß mit steigender Drehzahl die Zeit zwischen zwei Einspritzvorgängen kürzer wird und daß sich bei größeren Einspritzmengen auch ein größerer Hub der Ventilnadel ergibt. Mit Rücksicht darauf, daß die Rückführung jeweils am Beginn des Schließhubs der Ventilnadel beginnt, wird der Zeitpunkt der Aktivierung der Dämpfungsmittel für den nächsten Öffnungshub der Ventilnadel um so weiter gegenüber dem Zeitpunkt des Beginns dieses Öffnungshubes hinaus gezögert, je größer der vorangegangene Ventilnadelhub war und je kürzer die Zeit zwischen den aufeinanderfolgenden Hüben, d.h. je größer die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Die Ventilnadel kann daher zu Beginn eines Öffnungshubs einen ungedämpften Teilhub ausführen, dessen Länge selbsttätig auf die jeweiligen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine abgestimmt ist.

[0006] Besonders vorteilhaft ist es, daß' die Dämpfungswirkung veränderbar ist durch zeitliches Verschieben des Dämpfungsbeginns gegenüber dem Einspritzbeginn. Dadurch ist erreicht, daß die gesamte Dauer eines Einspritzvorgangs bei hoher Drehzahl und großer Menge auch gegenüber einer Anordnung mit Anfangsdämpfung der Ventilnadel noch weiter verkürzt werden kann, obwohl bei niederer Drehzahl/ Menge eine lange Spritzdauer erhalten bleibt. Selbst im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine kann die Dauer eines Einspritzvorgangs erfahrungsgemäß so kurz gemacht werden, daß bei der Anpassung der Einspritzanlage an die Betriebsverhältnisse die Spritzdauer in weiteren Grenzen als bisher verändert werden kann. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit der unabhängigen Beeinflußung der Spritzdauer bei niedriger und hoher Drehzahl.

[0007] Die Anordnung könnte auch so getroffen sein, däß im unteren Drehzahl- und Lastbereich oder allein im kritischen Punkt Leerlauf die Dämpfung über den gesamten Öffnungshub der Ventilnadel wirksam bleibt. Auch könnte es in manchen Fällen zweckmäßig sein, eine Mindestverzögerung der Dämpfungsmittel, d.h. einen Mindestfreihub der Ventilnadel vorzusehen, der in allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine vorhanden ist.

[0008] Eine einfache und klemmfreie Ausführung ergibt sich, wenn gemäß Anspruch 2 der Kolben der Dämpfungseinrichtung durch den zulaufseitigen Endabschnitt der Ventilnadel 26 gebildet ist und als Zylinder eine auf diesen Endabschnitt aufgesteckte Kappe dient.

Zeichnung

[0009] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Einspritzdüse für eine Dieselbrennkraftmaschine im Längsschnitt, und die Figuren 2 bis 4 Funktionsschaubilder des Bewegungsablaufs der Ventilnadel 26 und der zu einer Dämpfungseinrichtung gehörenden Kappe 48 der Einspritzdüse nach Figur 1, und zwar Figur 2 im Prinzip, Figur 3 im niedrigen Drehzahl-/Lastbereich und Figur 4 im hohen Drehzahl-/Lastbereich einer Brennkraftmaschine.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0010] Die Einspritzdüse nach Figur 1 hat einen Düsenkörper 10, der durch eine Überwurfmutter 12 an einem Düsenhalter 14 festgespannt ist. Zwischen dem Düsenkörper 10 und dem Düsenhalter 14 ist eine Hülse 16 angeordnet, welche eine nach innen gerichtete Schulter 18 hat, die eine Kammer 20 von einer im Durchmesser größeren Kammer 22 im Inneren der Einspritzdüse abteilt. Im Düsenkörper 10 ist ein Ventilsitz 24 gebildet und eine Ventilnadel 26 verschiebbar gelagert, deren Dichtkegel 27 von einer Schließfeder 28 gegen den Ventilsitz 24 gedrückt ist. Die Schließfeder 28 stützt sich am Düsenkörper 10 ab und greift über ein Flanschteil 30 an einer Stützscheibe 32 an, die sich ihrerseits an einer Schulter 34 det Ventilnadel 26 abstützt.

[0011] Im Düsenhalter 14 ist eine Zulaufbohrung 36 gebildet, welche in die Kammer 20 einmündet, die über einen von der Schulter 18 umgebenen Durchbruch 38 mit der Kammer 22 verbunden ist. Aus dieser führt eine Bohrung 40 im Düsenkörper 10 in einen Ringraum 42, der zwischen der zentralen Bohrungswand des Düsenkörpers 10 und dem Mantelumfang eines im Durchmesser verkleinerten Abschnittes 44 der Ventilnadel 26 gebildet ist und bis vor den Ventilsitz 24 reicht. Zwischen dem Flanschteil 30 und dem Düsenkörper 10 ist in der dargestellten Schließlage ein Abstand hg vorhanden, welcher dem Gesamthub der Ventilnadel 26 entspricht. Die Ventilnadel 26 wird vom Kraftstoffdruck entgegen der Schließfeder 28 nach außen in Öffnungsrichtung verschoben, bis der Flanschteil 30 am Düsenkörper 10 anschlägt. Beim Schließen des Ventils führt die Schließfeder 28 die Ventilnadel 26 nach innen in die dargestellte Schließlage zurück.

[0012] An die Schulter 34 der Ventilnadel 26 schließt sich ein kolbenförmiger Ansatz 46 an, welcher durch den Durchbruch 38 hindurchtritt und in die Kammer 20 ragt. Der Durchmesser des kolbenförmigen Ansatzes 46 entspricht dem Führungsdurchmesser der Ventilnadel 26. Auf den Ansatz 46 ist eine Kappe 48 aufgesetzt, welche einen Boden 50, einen Mantelteil 52 und einen Flanschrand 54 hat. An der Kappe 48 greift eine Rückholfeder 56 an, welche den Mantelteil 52 umgibt und den Flanschrand 54 gegen den Kragen der Hülse 16 drückt.

[0013] Im Flanschrand 54 und einem daran anschließenden Bereich des Mantelteils 52 der Kappe 48 sind Querschlitze 58 vorgesehen, durch welche der Kraftstoff immer, auch bei geschlossener Ventilnadel, aus der Kammer 20 in die Kammer 22 übertreten kann. Zwischen der Stirnseite des Ansatzes 46 und dem Boden 50 ist in der Kappe 48 eine Dämpfungskammer 60 gebildet, welche über eine Drosselbohrung 62 im Boden 50 gedrosselt mit dem Strömungsweg des Kraftstoffs verbunden ist. In der dargestellten Schließlage überdeckt der Ansatz 46 die Querschlitze 58 in axialer Richtung um den Weg h" welcher größer als der Gesamthub hg der Ventilnadel 26 ist. Der Weg h_i könnte aber auch um einen minimalen Betrag kleiner als der Gesamthub hg sein, so daß sich am Ende eines Öffnungshubes der Ventilnadel 26 noch ein geringer ungedämpfter Teilhub ergibt.

[0014] Die Drosselbohrung 62 könnte auch teilweise oder ganz durch ein entsprechendes Radialspiel zwischen Kappe 48 und Ansatz 46 ersetzt werden. Der kolbenförmige Ansatz 46 der Ventilnadel 26 und die Kappe 48 bilden gleichzeitig die Mittel zum Dämpfen der Ventilnadelbewegung und eine Zeit-Wegglied, welches den Beginn der Dämpfung abhängig von der Drehzahl und der Größe des Ventilnadelhubes macht. Die Dämpfungswirkung und die Zeit-Wegfunktion werden durch entsprechende Abstimmung der Rückholfeder 56 mit der Drosselbohrung 62 und anderer, das Ein-und Ausströmen des Kraftstoffs in die Dämpfungskammer 60 und aus dieser heraus bestimmender Parameter festgelegt.

[0015] Die dargestellte Einspritzdüse arbeitet wie folgt:

Durch den ansteigenden Kraftstoffdruck am Beginn eines ersten Einspritzvorganges entsteht sofort eine Druckdifferenz zwischen der Dämpfungskammer 60 und der Kammer 20, weil die Kappe 48 der Bewegung der Ventilnadel 26 nicht folgen kann. Der Druckanstieg in der Dämpfungskammer 60 erfolgt dabei langsamer als in der Kammer 20, so daß die Bewegung der Ventilnadel 26 bei diesem ersten Hub von Anfang an verzögert bzw. gedämpft wird, bis gegebenenfalls die Ventilnadel 26 den Weg h_l zurückgelegt hat und die Stirnseite des Ansatzes 46 in den Bereich der Querschlitze 58 gelangt. Von dort ab erfolgt ein minimaler Resthub der Ventilnadel ungedämpft, bis das Flanschteil 30 am Düsenkörper 10 anschlägt. Die gezeigte Stellung der Kappe 48 ist im folgenden als deren erste Endstellung bezeichnet.

[0016] Beim beschriebenen Öffnungshub der Ventiinadel 26 wird Kraftstoff durch die Drosselbohrung 62 in die Dämpfungskammer 60 eingesaugt bzw. - gedrückt. Beim folgenden Schließhub wird die Kappe 48 über das Kraftstoffpolster in der Dämpfungskammer 60 mit nach oben in eine im folgenden als zweite Endstellung bezeichnete Stellung verschoben. Dabei setzt die Rückholfeder 56 der wesentlich stärkeren Schließfeder 28 nur einen verhältnismäßig geringen Widerstand entgegen, so daß der Schließhub weitgehend ungedämpft erfolgt. Vom Beginn des Schließhubes ab drückt die Rückholfeder 56 die Kappe 48 gegen das Stirnende des Ansatzes 46 zurück, wobei die in die Dämpfungskammer 60 vorher eingeströmte Kraftstoffmenge aus der Dämpfungskammer 60 wieder verdrängt wird. Das kann wegen der engen Drosselbohrung 62 wiederum nut mit einer gewisen Verzögerung erfolgen. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Endstellung der Kappe 48 entspricht etwa dem Ventilnadelhub, verringert um einen geringen Rückhub, welchen die Kappe 48 schon während der Schließzeit der Ventilnadel 26 unter dem ständigen Einfluß der Rückholfeder 56 ausführt.

[0017] Die Funktion des aus Kappe 48 samt Dämpfungskammer 60 und Röckholfeder 56 gebildeten Zeit-Weggliedes ist im folgenden anhand der Schaubilder in den Figur 2 bis 4 beschrieben. In diesen Schaubildern sind jeweils der Verlauf des Ventilnadelhubes mit voll zusgezogenen Linien h under der Verlauf der Auslenkung der Kappe 48 mit gestrichelten Linien a über derZeit t dargestellt. In allen drei Schaubildern liegt die in Figur 1 dargestelle Schließlage der Ventilnadel 26 und die erste Endstellung der Kappe 48 in der Zeitachse t.

[0018] Zum Zeitpunkt t, (Figur 2) soll der Schließhub der Ventilnadel 26 beginnen, bei welchem die Kappe 48 aus der ersten Endstellung E_i in die zweite Endstellung E2 geschoben wird. Die Kappe 48 legt dabei einen Weg ag zurück, der, wie bereits erwähnt, etwas kleiner als der Gesamthub hg der Ventilnadel 26 ist. Der Schließhub ist zum Zeitpunkt t₂ beendet. Von da ab beginnt sich die Kappe 48 unter dem Einfluß der Rückholfeder 56 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit zurückzubewegen, welche im Schaubild sich als Winkel a darstellt.

[0019] Zum Zeitpunkt t₃ beginnt ein neuer Öffnungshub der Ventilnadel 26. Wenn, wie in Figur 2 dargestellt, zum Zeitpunkt t₃ die Kappe 48 ihre erste Endstellung noch nicht wieder erreicht hat, wird sie mit annähernd der gleichen Geschwindigkeit wie die Ventilnadel 26 in diese Endstellung zurückgeführt. Sie erreicht dann die erste Endstellung zum Zeitpunkt t₄. Von da ab wird die Kappe 48 durch die Schulter 18 an einer weiteren Beweung in Öffnungsrichtung der Ventilnadel 26 festgehalten, wodurch die beschriebenen Dämpfungsmittel wieder wirksam werden. Im Schaubild ist dies dadurch erkennbar, daß der Hubverlaufzum Zeitpunkt t4 einen Knickpunkt K hat. Vom Zeitpunkt t₄ wird die Ventilnadel 26 mit gedämpfter, d.h. mit verringerter Geschwindigkeit, in die Hubendstellung überführt, worauf sich das beshriebene Spiel wiederholt.

[0020] In den Figuren 3 und 4 ist veranschaulicht, daß sich die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung den verschiedenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine selbsttätig anpaßt. In Figur 3 läuft die Brennkraftmaschine mit geringer Drehzahl und geringer Belastung, so daß die Kappe 48 ihre erste Endstellung bereits vor Beginn des nächsten Öffnungshubes erreicht. In diesem Fall ist die Dämpfung über dem gesamten Öffnungshub der Ventilnadel 26 wirksam. In Figure 4 ist ein Betriebszustand dargestellt, bei welchem die Brennkraftmaschine mit hoher Drehzahl unter großer Belastung läuft, bei welcher sich auch ein großer Ventilnadelhub einstellt. In diesem Fall beginnt der nächste Öffnungshub, bevor die Kappe 48 in ihre erste Endstellung zurückgelaufen ist. Der Knickpunkt K des Hubverlaufes h der Ventilnadel 26 ist noch weiter gegen das Hubende hin gerückt, als beim Betriebszustand nach Figur 2, so daß auch eine geringerer Teil der Öffnungsbewegung der Ventilnadel 26 gedämpft wird. Die Figur 4 macht auch deutlich, daß der Knickpunkt K um so weiter gegen das Öffnungshubende der Ventilnadel rückt, je schneller die Einspritzvorgänge auf einander folgen und je größer der Ventilnadelhub ist.

[0021] Die Kappe 48 zentriert sich auf der Ventilnadel 26 und hat eine ausreichend großes radiales Spiel gegenüber dem Düsenhalter 14, so daß die Ventilnadel 26 klemmfrei arbeiten kann. Die Rückhohlfeder 56 erstreckt sich zum Teil über die Kappe 48 hinweb, so daß bei dieser Ausführung die Mittel zum partiellen Dämpfen des Öffnungshubes der Ventilnadel 26 nur wenig Platz in Achsrichtung der Einspritzdüse benötigen.

Ansprüche

1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit einer Ventilnadel (26), die von einer Schließfeder (28) belastet, vom Kraftstoffdruck im Öffnungssinn beaufschlagt und mit einer Dämpfungseinrichtung gekoppelt ist, welche einen Zylinder (48) und einen Kolben (46) hat, welche Teile eine mit Kraftstoff gefüllte Dämpfungskammer (60) begrenzen, deren Volumen sich beim gedämpften Öffnungshub durch eine von der Ventilnadelbewegung abgeleitete Relativbewegung zwischen Zylinder (48) und Kolben (46) verändert, wobei der Kraftstoff nur über einen Droselquerschnitt (62) in die Dämpfungskammer (60) eintreten bzw. zus dieser austreten kann, welche Dämpfungseinrichtung ferner mit einer Rückholfeder (56) versehen ist, die ab Beginn des Schließhubes auf eines der die Dämpfungskammer (60) begrenzenden Teile (48, 46) einwirkt und dieses Teil entgegen des Strömungswiderstandes im Drosselquerschnitt (62) gegen seine Ausgangsstellung zurückführt, und bei welcher Dämpfungseinrichtung (46, 48, 56) die Rückholfeder (56) und der Drosselquerschnitt (62) derart aufeinander abgestimmt sind, daß oberhalb einer bestimmten Drehzahl und/oder Einspritzmenge (Nadelhub) eine verzögerte Aktivierung der Dämpfungseinrichtung dadurch erfolgt, daß das von der Rückholfeder (56) beaufschlagte Teil (48, 46) zu Beginn des Nächstfolgenden Öffnungshubes der Ventilnadel (26) erst einen Teil seines möglichen Rückweges in die Ausgangsstellung zurückgelegt hat und daß das mit der Ventilnadel (26) verbundene Teil das von der Rückholfeder beaufschlagte Teil samt dem in der Dämpfungskammer eingeschlossenen kraftstoffpolster frei bis zur Ausgangsstellung mit nimmt, worauf die Dämpfung einsetzt.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, mit einer in Strömungsrichtung des Kraftstoffs öffnenden Ventilnadel, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (46) der Dämpfungseinrichtung durch den zulaufseitigen Endabschnitt der Ventilnadel (26) selbst gebildet ist, als Zylinder eine auf diesen Endabschnitt (46) aufgesteckte Kappe (48) dient und die Rückholfeder (56) auf die Kappe (48) einwirkt, welcher ein gehäusefester Anschlag (18) zugeordnet ist.

Revendications

1. Injecteur de carburant pour moteurs à combustion interne, comportant une aiguille d'injecteur (26) chargée par un ressort de fermeture (28) et sollicitée par le pression du carburant dans le sens de l'ouverture en étant couplée à un dispositif d'amortissement comprenant un cylindre (48) et un piston (46) délimitant des parties d'une chambre d'amortissement (60) remplie de carburant et dont le volume varie pour une course d'ouverture amortie, par un mouvement relatif dérivé du mouvement de l'aiguille, entre le cylindre (48) et le piston (46), le carburant ne pouvant pénétrer ou sortir de la chambre d'amortissement (60) que par un segment d'étranglement (62), ce dispositif d'amortissement comportant en outre un ressort de rappel (56) qui, à partir du début de la course de fermeture agit sur l'une des parties (48, 46) délimitant la chambre d'amortissement (60) et rappelant cette parte contre la résistance à l'écoulement dans la section d'étranglement (62), versa sa position de sortie, dispositif d'amortise- ment (46, 48, 56) dont le ressort de rappel (56) et la section d'étranglement (62) sont choisis l'un en fonction de l'autre pour qu'au-delà d'une vitesse de rotation et/ou une quantité injectée (course de l'aiguille) déterminées, il se produise une mise en oeuvre retardée du dispositif d'amortissement pour que la pièce (48, 46) sollicitée par le ressort de rappel (56) parcourt au début de la course d'ouverture suivante de l'aiguille (26) une première partie de sa course de retour possible en position de sortie et en ce que la pièce reliée à l'aiguille d'injecteur (26), pièce sollicitée par le ressort de rappel ainsi que le coussin de carburant emprisonné dans le chambre d'amortissement soient entraînés librement jusque dans la position de sortie, puis l'amortissement se fait en oeuvre.

2. Injecteur selon la revendication 1 comportant une aiguille d'injecteur s'ouvrant dans la direction d'écoulement du carburant, injecteur caractérisé en ce que le piston (46) du dispositif d'amortissement est formé directement par le segment d'extrémité du côté de l'alimentation de l'aiguille (26), comme cylindre recevant un capuchon (48) sur son segment d'extrémité (46) et le ressort de rappel (56) agit sur le capuchon (48) auquel est associée une butée (18) fixe par rapport au boîtier.

Claims

1. Fuel injector for internal combustion engines, having a valve needle (26), which is loaded by a closing spring (28), is stressed in the opening direction by the fuel pressure and is coupled to a damping device which has a cylinder (48) and a piston (46), which parts delimit a fuel-filled damping chamber (60), the volume of which' changes during the damped opening stroke due to a relative movement, derived from the movement of the valve needle, between cylinder (48) and piston (46), the fuel being able to enter or leave the damping chamber (60) only via a restricting cross-section (62), which damping device is furthermore provided with a return spring (56) which, from the beginning of the closing stroke, acts on one of the parts (48, 46) delimiting the damping chamber (60) and moves this part back towards its original position counter to the flow resistance in the restricting cross-section (62), and in which damping device (46, 48, 56) the return spring (56) and the restricting cross-section (62) are matched to one another in such a way that, above a certain speed and/or injection quantity (needle stroke) a delayed activation of the damping device occurs by virtue of the fact that, at the beginning of the subsequent opening stroke of the valve needle (26), the part (48, 46) acted upon by the return spring (56) has only travelled part of its possible return path into the original position and that the part connected to the valve needle (26) takes the part acted upon by the return spring, together with the fuel cushion enclosed in the damping chamber, freely along with it as far as the original position, whereupon damping starts.

2. Injector according to Claim 1, having a valve needle opening in the direction of flow of the fuel, characterized in that the piston (46) of the damping device is formed by the feed-side end portion of the valve needle (26) itself, a cap (48) pushed onto this end portion (46) serves as a cylinder and the return spring (56) acts on the cap (48), to which a stop (18) fixed to the housing is allocated.

Zeichnung