Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
bereitzustellen, mit der die oben genannten Nachteile herkömmlicher
gattungsgemäßer Kraftstoffeinspritzvorrichtungen überwunden
werden können.
Demnach soll der Kraftstoff mit einem relativ hohen Druck in die
Brennkammer eingespritzt werden, so dass eine ausreichende Zerstäubung für eine vollständige Verbrennung
des Kraftstoffs sichergestellt ist. Zum anderen soll eine Verminderung
oder Verstopfung des Öffnungsdurchmessers
der Einspritzlöcher
einerseits durch Verkokung und andererseits durch Schmutzpartikel
im Kraftstoff vermieden werden.
Diese
Aufgabe wird durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den Merkmalen
des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die
erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung
umfasst einen Düsenhalter
mit daran befestigtem Düsenkörper. Der
Düsenhalter
beherbergt einen Nadelfederraum mit einer darin befindlichen Nadelschließfeder.
Der Düsenkörper weist
eine axiale Bohrung auf, welche zum Brennraum hin von einem mit
Einspritzlöchern
zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum versehenen Düsennadeldichtsitz
begrenzt ist, und ist mit einer in der axialen Bohrung des Düsenkörpers axial
verschiebbar geführten
Düsennadel
versehen, welche durch die Federkraft der Nadelschließfeder auf
den Düsennadeldichtsitz
des Düsenkörpers gedrückt wird.
Zwischen Düsenkörper und
Düsenhalter
ist eine Zwischenplatte eingespannt, welche mit wenigstens einem
axialen Durchgangskanal versehen ist. Ein Kraftstoff-Hochdruckleitungssystem
dient dazu, den von einem Pumpenarbeitsraum eines Pumpenelements
kommenden Kraftstoff zu den Einspritzlöchern zu leiten. Das Kraftstoff-Hochdruckleitungssystem
umfasst eine unmittelbar, bzw. mittelbar über eine Hochdruckleitung,
mit dem Pumpenarbeitsraum fluidleitend verbundene Düsenhalterdruckleitung
und eine in die axiale Bohrung des Düsenkörpers mündende Düsenkörperdruckleitung. Die Düsenhalterdruckleitung
und die Düsenkörperdruckleitung
sind über
den wenigstens einen axialen Durchgangskanal der Zwischenplatte
fluidleitend verbunden. Die Düsennadel
kann hierbei durch einen die Federkraft der Nadelschließfeder überdrückenden
Druck des über
die Düsenkörperdruckleitung
heran geführten
Kraftstoffs von ihrem Düsennadeldichtsitz
abgehoben werden.
Ein
charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass
der wenigstens eine axiale Durchgangskanal der Zwischenplatte ein
diesen in Richtung zum Düsenhalter
hin sperrendes Sperrventil aufweist. Die Zwischenplatte ist ein
mit genauen Maßen
zu fertigendes Bauteil, welches in besonderem Maße dazu geeignet ist, Elemente
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf zunehmen, was im Stand der Technik
jedoch bislang nicht erfolgt ist. Das Sperrventil kann etwa als
Rückschlagventil
ausgebildet sein, welches bei Ende der Förderung lediglich aufgrund
einer Sogwirkung in der Kraftstoff-Hochdruckleitung schließt. Alternativ
hierzu kann der Schließvorgang
des Sperrventils durch ein elastisches Federmittel unterstützt sein.
Durch Schließen
des Sperrventils wird die Kraftstoff-Hochdruckleitung in Richtung
zur Einspritzpumpe hin versperrt, so dass in vorteilhafter Weise
verhindert wird, dass heiße
Gase aus dem Brennraum durch die Einspritzlöcher in den Düsenraum
strömen.
Aufgrund der geringeren Massenträgheit
des Rückschlagventils,
verglichen mit der Düsennadel
(einschließlich
Druckbolzen und anteiliger Nadelschließfeder), kann das Ventil schließen, noch
bevor die Düsennadel
an ihrem Dichtsitz aufliegt. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise
ein weiterer Druckabfall in der Kraftstoff-Hochdruckleitung stromabwärts des
Rückschlagventils
verhindert, so dass der beim Schließvorgang der Düsennadel
noch in den Brennraum eingespritzte Kraftstoff bei einem vergleichsweise
höheren
Druck als in herkömmlichen Systemen
ohne Sperrventil eingebracht werden kann.
Bei
ihrer Schließbewegung
verdrängt
die Düsennadel
Kraftstoff, welcher einerseits durch die Einspritzlöcher in
den Brennraum eingespritzt wird und andererseits durch das Kraftstoff-Hochdruckleitungssystem
stromaufwärts
in Richtung zur Einspritzpumpe gedrückt wird. Da das Rückschlagventil
die Kraftstoff-Hochdruckleitung
auf Höhe
der Zwischenplatte in Richtung zur Einspritzpumpe hin sperrt, tritt
der zusätzliche
Effekt auf, dass die Düsennadel
den bei ihrer Schließbewegung
verdrängten
Kraftstoff lediglich durch die Einspritzlöcher drücken kann, so dass die für die Verdrängung aufgebrachte
Energie der Nadelfeder dem Einspritzvorgang zur Verfügung steht.
Somit dient der von der Nadelfeder aufgebrachte Nadelschließdruck der
Dü sennadel
als zusätzlicher
Einspritzdruck für
den beim Schließvorgang
der Düsennadel
in den Brennraum eingebrachten Kraftstoff. Das Einspritzen von Kraftstoff
beim Schließvorgang der
Nadelfeder kann auf diese Weise bei einem höheren Einspritzdruck stattfinden
als in herkömmlichen
gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
ohne Sperrventil. Eine ausreichende Zerstäubung von Kraftstoff kann bis
zum Einspritzende, also bis zum letzten Tröpfchen, sichergestellt werden.
Unerwünschte
Nachspritzvorgänge
sind mit diesem Sperrventil ebenso eliminiert und es erlaubt damit auch
eine Reduzierung des Düsenöffnungsdrucks, was
dem Sitzverschleiß und
der Schließfederbefestigung
positiv entgegenkommt.
Sind
in der Zwischenplatte eine Mehrzahl von axialen Durchgangskanälen angeordnet,
welche jeweils mit einem Sperrventil versehen sind, so kann die
Zwischenplatte düsenhalterseitig
eine Verteilernut aufweisen, welche die Durchgangskanäle mit der Düsenhalterdruckleitung
fluidleitend verbindet. Ebenso kann die Zwischenplatte düsenkörperseitig
eine Sammelnut aufweisen, welche die axialen Durchgangskanäle mit der
Düsenkörperdruckleitung
fluidleitend verbindet. Von der Einspritzpumpe geförderter
Kraftstoff wird von der Düsenhalterdruckleitung somit
in die Verteilernut geführt,
passiert die Durchgangskanäle
in der Zwischenplatte mit ihren jeweiligen Sperrventilen, und wird
dann über
die Sammelnut der Düsenkörperdruckleitung
zugeführt,
welche in die axiale Bohrung des Düsenkörpers mündet.
Das
erfindungsgemäße Sperrventil
kann vorteilhaft als Kugelventil ausgeführt sein. Hier ist es bevorzugt,
wenn das Kugelventil so ausgebildet ist, dass der wenigstens eine
axiale Durchgangskanal der Zwischenplatte in Form einer Stufenbohrung
ausgeführt
ist, welche an ihrer Stufe düsenkörperseitig einen Kugelventildichtsitz
für eine
damit zusammenwirkende Kugel des Kugelventils bildet. Das Kugelventil
kann als Rückschlagventil
ausgeführt
sein, welches lediglich aufgrund der im Kraftstoff-Hochdruckleitungssystem
vorliegenden Druckverhältnisse öffnet und
schließt.
Andererseits kann das Kugelventil auch wenigstens ein elastisches
Federmittel aufweisen, durch welches die Kugelventilkugel auf ihren
Kugelventildichtsitz gedrückt
wird. Der Kugelventildichtsitz ist vorteilhaft mit einer der Kugel
entsprechenden Passform versehen. Die Kugel ist in der Stufenbohrung
zwischen dem Kugelventildichtsitz und einer von dem Düsenkörper gebildeten
Anschlagsfläche bewegbar.
Bei gegebenem Kugeldurchmesser legt die axiale Länge des düsenkörperseitigen Abschnitts der
Stufenbohrung den Öffnungshub
der Kugel fest. Die Länge
des Öffnungshubs
beeinflusst das Schließverhalten
des Kugelventils wesentlich. Je kürzer der Öffnungshub ist, desto schneller
schließt
das Kugelventil und umgekehrt. In der Öffnungsstellung des Kugelventils,
in welcher die Kugel von ihrem Kugelventildichtsitz abgehoben ist,
gibt die Kugel des Kugelventils, bei einer mittigen Lage der Kugel
in der Stufenbohrung, einen Ringspalt frei, durch welchen der Kraftstoff
zur Düsenkörperdruckleitung
strömen kann.
Hierbei ist zu beachten, dass eine die Kraftstoffeinspritzung hemmende
Drosselung durch eine zu geringe Querschnittsfläche, welche sich aus der Querschnittsfläche eines
einzelnen Ringspalts bzw. aus der Summe der Querschnittsflächen einer
Mehrzahl von Ringspalten ergibt, vermieden wird. Erfindungsgemäß ist es
deshalb von Vorteil, wenn bei Vorliegen eines einzelnen Kugelventils
der zur Vermeidung einer Drosselwirkung in der Öffnungsstellung des Kugelventils
freigegebene Ringspalt in seiner Querschnittsfläche wenigstens der Summe der Querschnittsflächen der
Einspritzlöcher
multipliziert mit dem Faktor 5/8 entspricht. Bei einer Mehrzahl
von Kugelventilen ist es vorteilhaft, wenn die Summe der Querschnittsflächen der
Ringspalte wenigstens der 5/8-fachen Summenquerschnittsfläche der
Spritzlöcher
entspricht.
Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Zwischenplatte
mit drei bis fünf
Stufenbohrungen mit jeweils integriertem Kugelventil ausgestattet.
Beispielweise weist die kleinere Bohrung der Stufenbohrung einen
Durchmesser von ca. 1 mm auf, während
die größere Bohrung
einen Durchmesser von ca. 1,7 mm aufweist. Ein zugehöriger Kugeldurchmesser
beträgt
beispielsweise ca. 1,5 mm, so dass bei einer Öffnung des Kugelventils bei
einer mittigen Lage der Kugel in der Stufenbohrung ein Ringspalt
mit einer lichten Weite von ca. 0,1 mm freigegeben wird. Der Öffnungshub
des Kugelventils liegt vorteilhaft im Bereich von 0,2 – 0,5 mm
und beträgt
typisch 0,2 – 0,3
mm.
Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung gibt
das Kugelventil in seiner Öffnungsstellung
bei mittiger Lage der Kugel in der Stufenbohrung einen Ringspalt
frei, welcher als Filter für
Schmutzpartikel mit einer Größe oberhalb eines
vorgebbaren Grenzwerts wirkt. Zur Erzielung einer Filterwirkung
des Kugelventils ist ein Ringspalt mit einer lichten Weite in der
Größenordnung
von ca. 0,1 mm bevorzugt, so dass Schmutzpartikel mit einer Größe oberhalb
von 0,1 mm den Ringspalt nicht mehr passieren können. Ein Verstopfen eines
Ringspalts durch Schmutzpartikel ist nicht zu befürchten, da
Schmutzpartikel, insbesondere in Form von Quarzstaub, bei der heftigen
Bewegung der Kugel des Kugelventils in der Bohrung im allgemeinen
zermahlen werden.
Wie
oben bereits ausgeführt
wurde, verdrängt
die Düsennadel
bei ihrer Schließbewegung Kraftstoff.
Somit wird die Schließbewegung
der Düsennadel
durch den Kraftstoff gehemmt, was die für den Schließvorgang
benötige
Zeit nachteilig verlängert.
Beim
Schließen
des erfindungsgemäßen Kugelventils
wird andererseits Kraftstoff von der Kugel in Richtung zur Einspritzpumpe
hin verdrängt,
so dass ein über
den Öffnungshub
der Kugel vorgebbares Volumen aus der düsenkörperseitigen Kraftstoff-Hochdruckleitung
verdrängt
wird. Dieses Volumen dient der Entlastung der Kraftstoff-Hochdruckleitung,
da der von der Düsennadel
beim Schließvorgang
zu verdrängende
Kraftstoff vermindert wird und demzufolge eine geringere Hemmung
der Schließbewegung
der Düsennadel
durch den Kraftstoff auftritt. Die hat zur Folge, dass die Düsennadel
im Vergleich zu einer herkömmlichen
Kraftstoffeinspritzvorrichtung ohne Kugelventil mit Entlastungsvolumen schneller
schließen
kann. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das von der Kugel
beim Schließen eines
Kugelventils verdrängte
Volumen dem von der Düsennadel
beim Schließen
verdrängten
Volumen im wesentlichen gleichkommt. Gleichermaßen ist es von Vorteil, wenn
bei einer Mehrzahl von Kugelventilen die Summe der von den Kugeln
der Kugelventile beim Schließen
verdrängten
Volumina dem von der Düsennadel
beim Schließen
verdrängten
Volumen im wesentlichen entspricht.
Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann zusätzlich
zu dem wenigstens einen Sperrventil wenigstens eine Drosselbohrung
zur Drosselung von Kraftstoff in der Zwischenplatte ausgebildet
sein. Durch das plötzliche
Förderende
können
in den geschlossenem Volumen zwischen dem geschlossenen Sperrventil
und der Einspritzstelle Druckwellen entstehen, die zwischen dem
Sperrventil und der Einspritzstelle hin- und herlaufen. Derartige
Druckwellen sind gegebenenfalls in der Lage, die Düsennadel
abzuheben und die geschlossenen Einspritzlöcher der Einspritzstelle in
unerwünschter
Weise wieder zu öffnen,
so dass dort Kraftstoff nachtropfen und möglicherweise unerwünschte Verbrennungsrückstände bilden
kann. Durch eine Dros selung des Kraftstoffs kann somit in vorteilhafter
Weise ein Abbau derartiger Druckwellen erreicht werden.
Bei
einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung weist der wenigstens eine axiale Durchgangskanal der Zwischenplatte
zusätzlich
zum Sperrventil ein Filterelement auf. Dieses Filterelement ist
hierbei vorteilhaft dem Sperrventil in Strömungsrichtung vorgeschaltet.
Die Zwischenplatte kann hierzu längs
einer zur Plattenebene parallelen Schnittebene zweigeteilt sein,
wobei ein düsehalterseitiger
Zwischenplattenteil das Filterelement aufnimmt und ein düsenkörperseitiger
Teil das Sperrventil aufnimmt. Das Filterelement ist hierzu vorteilhaft
in einer Durchgangsbohrung des düsenhalterseitigen
Zwischenplattenteils ausgebildet, welche einen Abschnitt des axialen
Durchgangskanals bildet. Vorteilhaft mündet die wenigstens eine Durchgangsbohrung
in eine Zwischennut, welche die wenigstens eine Durchgangsbohrung
mit der wenigstens einen Stufenbohrung des Sperrventils fluidleitend
verbindet. In diesem Fall ist es möglich, dass das Filterelement
gegenüber
dem Sperrventil in Umfangsrichtung versetzt ist, was verhindert
dass die Kugel eines Filterelements die Stufenbohrung eines Sperrventils
verlegt.
Das
erfindungsgemäße Filterelement
liegt bevorzugt in Form eines Spaltfilters vor. Der Spaltfilter
ist vorzugsweise in Form einer im axialen Durchgangskanal des düsenhalterseitigen
Zwischenplattenteils angeordneten Kugel ausgeführt, wobei die Kugel einen
Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser des axialen
Durchgangskanals, so dass bei einer mittigen Lage der Kugel im axialen Durchgangskanal
ein Ringspalt verbleibt. Die Kugel des Filterelements ist hierbei
zwischen zwei Anschlagsflächen,
nämlich
einer vom Düsenhalter
gebildeten Anschlagsfläche
und einer vom düsenkörperseitigen
Zwi schenplattenteil gebildeten Anschlagsfläche, innerhalb des axialen
Durchgangskanals bewegbar. Der Spalt, insbesondere Ringspalt, des
Filterelements wirkt als Filter für die Schmutzpartikel mit einer
Größe oberhalb
eines vorgebbaren Grenzwerts. Zur Erzielung einer Filterwirkung
des Filterelements ist ein Spalt, insbesondere Ringspalt, mit einer
lichten Weite in der Größenordnung
von ca. 0,1 mm bevorzugt, so dass Schmutzpartikel mit einer Größe oberhalb
von 0,1 mm den Spalt nicht mehr passieren können. Das Verstopfen eines
Spalts, insbesondere Ringspalts, durch Schmutzpartikel ist nicht
zu befürchten,
da Schmutzpartikel, insbesondere in Form von Quarzstaub, bei der
heftigen Bewegung der Kugel des Filterelements aufgrund der mit der
Förderung
von Kraftstoff zu den Einspritzlöchern einhergehenden
Druckverhältnisse
im Filterelement im allgemeinen zermahlen werden.
Ferner
ist zu beachten, dass eine die Kraftstoffeinspritzung hemmende Drosselung
durch eine zu geringe Querschnittsfläche, welche sich aus der Querschnittsfläche eines
einzelnen Spalts, insbesondere Ringspalts, bzw. aus der Summe der
Querschnittsflächen
einer Mehrzahl von Spalten, insbesondere Ringspalten ergibt, vermieden
wird. Erfindungsgemäß ist es
von Vorteil, wenn bei Vorliegen eines einzelnen Filterelements der
zur Vermeidung einer Drosselwirkung vorliegende Spalt bzw. Ringspalt in
seiner Querschnittsfläche
wenigstens der 5/8-fachen Summenquerschnittsfläche der Spritzlöcher entspricht.
Bei einer Mehrzahl von Filterelementen ist es vorteilhaft, wenn
die Summe der Querschnittsflächen
der Spalte bzw. Ringspalte wenigstens der 5/8-fachen Summenquerschnittsfläche der
Spritzlöcher
entspricht.
Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Zwischenplatte
mit drei bis fünf
axialen Durchgangskanälen
mit jeweils integriertem Sperrventil und Filterelement ausgestattet.
Die
erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung
mit wenigstens einem in der Zwischenplatte ausgeführten Sperrventil
und gegebenenfalls zusätzlichem
Filterelement kann gleichermaßen
für Pumpe-Düse-Systeme
oder Pumpe-Leitung-Düse-Systeme
eingesetzt werden. Wird die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung
für Pumpe-Düse-Systeme
eingesetzt, so ist es besonders vorteilhaft, dass aus dem "offenen" System ein "geschlossenes" System wird, bei
welchem durch das Sperrventil der Öffnungsdruck im Hochdrucksystem
eingestellt werden kann und der Druckabfall im Hochdrucksystem nach
Förderende
begrenzt werden kann, um einen vorgebbaren, vorteilhaften Standdruck
für die nächste Einspritzung
zu realisieren. Das Sperrventil kann hierzu in vorteilhafter Weise
auch in Form eines Blattfederventils ausgestaltet sein, wobei die
Blattfeder an der düsenkörperseitigen
Fläche
der Zwischenplatte als Sperrventil dient. Das Blattfederventil kann
auch vollständig
in die Zwischenplatte integriert werden, um eine Verwendung von
unveränderten Seriendüsen zu ermöglichen.
Außerdem
ist eine Kombination aus Kugel- und Blattfederventil möglich. Die
Kugelventilkugel kann dann beispielhaft mit einer Blattfeder in
ihre das Sperrventil schließende
Stellung gedrückt
werden. Ebenso kann einem als Sperrventil dienenden Blattfederventil
in Einspritzrichtung ein Filtererlement vorgeschaltet sein.
In
Verbindung mit wenigstens einer Drosselbohrung in der Zwischenplatte
ist ein Druckabbau von Druckwellen bei geschlossenem Sperrventil
ermöglicht.
Die
Erfindung wird nun anhand von drei bevorzugten Ausführungsbeispielen
näher erläutert, wobei
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen genommen wird. Es zeigen
1 einen
Längsschnitt
(Schnitt B-B) eines ersten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
eines Pumpe-Leitung-Düse-Systems,
sowie einen Querschnitt der Zwischenplatte (Schnitt A-A);
2 einen
weiteren Längsschnitt
(Schnitt D-D) des ersten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
von 1, sowie einen Querschnitt der Zwischenplatte (Schnitt
C-C).
3 einen
Längsschnitt
(Schnitt G-G) eines zweiten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
sowie zwei Querschnitte der Zwischenplatte (Schnitte E-E und F-F).
4 einen
Längsschnitt
(Schnitt I-I) eines dritten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
sowie einen Querschnitt der Zwischenplatte (Schnitt H-H) und einen weiteren
Detailausschnitt (Schnitt J-J).
Zunächst sei 1 betrachtet,
worin ein Längsschnitt
(Schnitt B-B) eines ersten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
und ein Querschnitt der Zwischenplatte (Schnitt A-A) der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
dargestellt ist. Wie der Querschnittsdarstellung der Zwischenplatte
zu entnehmen ist, ist der Längsschnitt
durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung entlang zweier verschiedener Schnittebenen
geführt.
Die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß 1 umfasst
einen Düsenhalter 1 und
einen mittels einer Überwurfmutter 2 an
diesem befestigten Düsenkörper 3 einer
Einspritzdüse.
Der Düsenhalter 1 beherbergt
einen Nadelfederraum 4 mit einer Nadelschließfeder 5.
Im Düsenkörper 3 befindet
sich in einer axialen Bohrung 17. eine Düsennadel 6,
welche über
einen Druckbolzen 7 durch die Federkraft der vorgespannten
Nadelschließfeder 5 auf
ihren Düsennadeldichtsitz 8 gedrückt wird.
Die Düsennadel 6 ist längs der
Gleitfläche 9 verschiebbar
geführt;
ihre Hubbewegung wird durch die Schulter 10 der Zwischenplatte 11 begrenzt.
Am unteren Ende der Düsennadel 6 befindet
sich deren Dichtsitz 8 mit den in den Brennraum führenden
Düsenlöchern bzw.
Einspritzlöchern 12.
Der Nadelfederraum 4 ist mit einer so genannten Leckölleitung 21 verbunden,
um die Leckage ohne Gegendruck in den Kraftstofftank zurückzuführen.
Wenn
die Düsennadel 6 ihrem
Dichtsitz 8 aufliegt, sind die Düsenlöcher 12 verschlossen.
Ist die Düsennadel 6 angehoben,
kann der Kraftstoff über
die Düsenlöcher 12 in
den Brennraum gelangen. Das Kraftstoff-Hochdruckleitungssystem umfasst
eine mit einem Zulauf 14 fluidleitend verbundene Düsenhalterdruckleitung 13,
eine mit der Düsenhalterdruckleitung 13 fluidleitend
verbundenen axialen Durchgangskanal der Zwischenplatte (in Schnitt B-B
von 1 nicht gezeigt) und eine mit dem axialen Durchgangskanal
der Zwischenplatte fluidleitend verbundene und in die axiale Bohrung 17 des
Düsenkörpers 3 mündende Düsenkörperdruckleitung 16. Düsenhalter 1 und
Düsenkörper 3 sind über Bolzen 18 miteinander
verbunden.
Wie
der in 1 gezeigten Draufsicht auf die Zwischenplatte
(Schnitt A-A) zu entnehmen ist, sind die axialen Durchgangskanäle der Zwischenplatte
in Form von vier stufenförmigen
Durchgangsbohrungen 15, in welche jeweils ein Kugelventil
integriert ist, ausgebildet. Die Stufenbohrungen 15 sind
düsenhalterseitig über eine
in der düsenhalterseitigen
Stirnfläche 19 der
Zwischenplatte 11 ausgebildete, mit der Düsenhalterdruckleitung 13 fluidleitend
verbundene Verteilernut 20 fluidleitend verbunden. Düsenkörperseitig
sind die Stufenbohrungen 15 über eine in der düsenkörperseitigen
Stirnfläche
der Zwischenplatte 11 ausgebildete, mit der Düsenkörperdruckleitung 16 fluidleitend
verbundene Sammelnut (nicht gezeigt) fluidleitend verbunden. Im
Bereich der Verteilernut 20 und der Sammelnut ist eine
Drosselbohrung 28 ausgebildet.
2 zeigt
einen weiteren Längsschnitt (Schnitt
D-D) des Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
von 1, sowie einen Querschnitt der Zwischenplatte (Schnitt
C-C) der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
Wie der Querschnittsdarstellung der Zwischenplatte 11 (Schnitt
C-C) zu entnehmen ist, ist der Längsschnitt
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung entlang zweier verschiedener
Schnittebenen geführt,
wobei eine Schnittebene durch einen Bolzen 18 gelegt ist,
während
die andere Schnittebene durch eine Stufenbohrung 15 der
Zwischenplatte 11 gelegt ist.
Um
unnötige
Wiederholungen zu vermeiden, erfolgt lediglich eine Beschreibung
der Stufenbohrung 15, welche zudem als Ausschnitt aus der
Zwischenplatte 11 in einer separaten Detaildarstellung dargestellt
ist.
Die
Stufenbohrung 15 mit integriertem Kugelventil umfasst eine
düsenhalterseitige
Bohrung 22 und eine düsenkörperseitige
Bohrung 23, wobei die düsenhalterseitige
Bohrung 22 einen geringeren Querschnittsdurchmesser aufweist
als die düsenkörperseitige
Bohrung 23. Die von der Stufenbohrung 15 gebildete
Stufe weist einen Kugelventildichtsitz 25 auf. In die Bohrung 23 mit
größerem Querschnittsdurchmesser
ist eine Kugelventilkugel 24 eingesetzt, welche mit dem
Kugelventildichtsitz 25 zusammenwirkt. Die Kugel 24 ist
zwischen dem Kugelventildichtsitz 25 und einer von dem
Düsenkörper 3 gebildeten
Anschlagsfläche 26 mit
einem über
die axiale Länge
der Bohrung 23 einstellbaren Öffnungshub bewegbar.
Die
Bohrung 22 mit kleinerem Querschnittsdurchmesser der Stufenbohrung 15 mündet in
die sämtliche
Stufenbohrungen 15 fluidleitend verbindende Verteilernut 20,
während
die Bohrung 23 mit größerem Querschnittsdurchmesser
der Stufenbohrung 15 in die sämtliche Stufenbohrungen 15 fluidleitend
verbindende Sammelnut 27 mündet. Die Verteilernut 20 ist
in fluidleitender Verbindung mit der Düsenhalterdruckleitung 13,
während
die Sammelnut 27 in fluidleitender Verbindung mit der Düsenkörperdruckleitung 16 ist.
3 zeigt
einen Längsschnitt
(Schnitt G-G) eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
mit Sperrventil und in Strömungsrichtung
vorgeschaltetem Filterelement, sowie zwei Querschnitte der Zwischenplatte (Schnitt
E-E und Schnitt F-F) der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
Wie der Querschnittsdarstellung der Zwischenplatte 11 (Schnitt E-E)
zu entnehmen ist, ist der Längsschnitt
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung entlang zweier verschiedener
Schnittebenen geführt,
wobei eine Schnittebene durch einen Bolzen 18 gelegt ist,
während
die an dere Schnittebene durch eine Durchgangsbohrung 33 der Zwischenplatte 11 gelegt
ist.
Um
unnötige
Wiederholungen zu vermeiden, erfolgt lediglich eine Beschreibung
der Zwischenplatte 11, welche in einer separaten Detaildarstellung dargestellt
ist.
Die
Zwischenplatte 11 ist entlang einer zur Plattenebene parallelen
Schnittebene 34 in zwei Teile geteilt, nämlich einen
düsenhalterseitigen
Zwischenplattenteil 30 und einen düsenkörperseitigen Zwischenplattenteil 31.
Die beiden Zwischenplattenteile sind durch Bolzen 18 miteinander
verschraubt. Im düsenkörperseitigen
Zwischenplattenteil 31 ist ein Sperrventil gemäß dem in
den 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel
angeordnet. Im düsenhalterseitigen
Zwischenplattenteil 30 ist das Filterelement angeordnet,
welches als Spaltfilter in Form einer in der Durchgangsbohrung 33 bewegbaren
Filterelementkugel 29 ausgeführt ist. Der Durchmesser der
Kugel 29 ist kleiner als der Durchmesser der Durchgangsbohrung 33,
so dass ein (bei mittiger Lage der Kugel 29 in der axialen
Durchgangsbohrung 33 betrachtet) Ringspalt verbleibt. Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
beträgt
der Durchmesser der Filterelementkugel 1,5 mm, während der Durchmesser der Durchgangsbohrung 33 1,7
mm beträgt,
so dass ein Ringspalt mit einer lichten Weite von 0,1 mm verbleibt.
Der
axiale Durchgangskanal der Zwischenplatte 11 umfasst die
Durchgangsbohrungen 33 und die Stufenbohrungen 15 mit
den Bohrungen 22 mit kleinerem Durchmesser und den Bohrungen 23 mit größerem Durchmesser.
Ferner ist in der düsenhalterseitigen
Stirnfläche
des düsenhalterseitigen
Zwischenplattenteils eine die Durchgangsbohrungen 33 fluidleitend
verbindende Verteilernut 20 und in der düsenkörperseitigen
Stirnfläche
des düsen körperseitigen
Zwischenplattenteils eine die Stufenbohrungen 15 fluidleitend
verbindende Sammelnut 27 ausgespart. Die düsenkörperseitige
Stirnfläche
des düsenhalterseitigen
Zwischenplattenteils ist zudem mit einer die Durchgangsbohrungen 33 und
die Stufenbohrungen 15 fluidleitend verbindenden Zwischennut 33 versehen.
Die Durchgangsbohrungen 33 des düsenhalterseitigen Zwischenplattenteils 30 sind
gegenüber
den Stufenbohrungen 15 des düsenkörperseitigen Zwischenplattenteils 31 in
Umfangsrichtung um 25° versetzt,
so dass die Filterelementkugeln 29 die Bohrungen 23 mit
kleinerem Durchmesser der Stufenbohrungen 15 des düsenkörperseitigen
Zwischenplattenteils 31 nicht abdecken können.
Ebenso
ist die Mündung
der Düsenkörperdruckleitung 16 innerhalb
der Sammelnut 27 gegenüber
der düsenkörperseitigen
Anschlagsfläche 26 der
Kugel 24 versetzt, so dass eine Abdeckung der Düsenkörperdruckleitung 16 durch
die Kugel 24 bei deren Anlage gegen die düsenkörperseitige
Anschlagsfläche 26 nicht
stattfindet. In einer alternativen Detaildarstellung wird die Kugel 24 durch
eine Blattfeder 24a in ihre das Sperrventil schließende Stellung
gedrückt.
Die
Filterelemente sind so ausgelegt, dass die Querschnittsfläche von
deren Ringspalten in der Summe wenigstens der 5/8-fachen Summe der Querschnittsflächen der
Einspritzlöcher 12 entpricht.
4 zeigt
einen Längsschnitt
(Schnitt G-G) eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
mit Sperrventil, wobei hier das Sperrventil in Form einer düsenkörperseitig
an der Zwischenplatte anliegenden Blattfeder 37 ausgestaltet
ist, wie dies in Schnitt J-J zu erkennen ist.
Es
erfolgt nun eine Beschreibung der Funktionsweise der in den 1 bis 3 gezeigten
Ausführungsbeispiele.
Vor
Beginn der Kraftstoffförderung
herrscht im Kraftstoff-Hochdruckleitungssystem 13, 15, 16 der sogenannte
Standdruck, d. h. der Ruhedruck, der sich nach dem Ende der vorherigen
Einspritzung eingestellt hat und von der Systemauslegung abhängt.
Die
Kraftstoffpumpe fördert
ab dem Förderbeginn
Kraftstoff, welcher über
den Kraftstoffzulauf 14 dem Hochdrucksystem 13, 15, 16 der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung zugeführt wird. Da die Düsennadel 6 ihrem
Dichtsitz 8 noch aufliegt und die Düsen 12 geschlossen
sind, steigt der Druck im Hochdrucksystem 13, 15, 16 an.
Ist der Druck so weit angestiegen, dass dieser den Öffnungsdruck
für die
Düsennadel übersteigt,
hebt sich die Düsennadel 6 von
ihrem Dichtsitz 8 ab und bewegt sich beschleunigt bis zu
ihrem oberen Hubanschlag 10 der Zwischenplatte 11. In
der Folge tritt Kraftstoff durch die Düsenlöcher 12 in den Brennraum
ein.
Die
Kraftstoffförderung
hört dann
bei einem vorgegebenen Zeitpunkt, dem Förderende, auf. Ab diesem Zeitpunkt
wird der Druck im Kraftstoff-Hochdruckleitungssystem 13, 15, 16 kontinuierlich
abgebaut. Die hierdurch entstehende Sogwirkung führt nun dazu, dass die integrierten
Kugelventile der Stufenbohrungen 15 schließen und
das Kraftstoff-Hochdruckleitungssystem 13, 15, 16 in
Richtung zur Einspritzpumpe hin sperren. Ein weiterer Druckabbau
im düsenkörperseitigen
Kraftstoff-Hochdruckleitungssystem wird hierdurch unterbunden. Unterstützt wird die
Schließbewegung
der Kugeln 24 der Kugelventile durch eine Druckerhöhung im
düsenkörperseitigen Kraftstoff-Hochdrucklei tungssystem
aufgrund der Schließbewegung
der Düsennadel 6,
welche einsetzt, sobald ein bestimmter unterer Druckschwellwert
im Kraftstoff-Hochdruckleitungssystem unterschritten wird. Die Düsennadel 6 bewegt
sich aufgrund der Federkraft der Nadelfeder 5 beschleunigt in
Richtung auf ihren Dichtsitz 8, bis sie schließlich auf
ihrem Dichtsitz 8 liegt und die Düsenlöcher 12 verschließt. Jedenfalls
schließen
die Kugelventile aufgrund der geringeren Massenträgheit gegenüber der
Düsennadel 6,
Druckbolzen 7 und anteiliger Nadelfeder 5, noch
bevor die Düsennadel 6 ihren
Dichtsitz 8 erreicht.
Aufgrund
der druckerhaltenden Wirkung der geschlossenen Kugelventile im düsenkörperseitigen Teil
des Kraftstoff-Hochdruckleitungssystems erfolgt eine Einspritzung
von Kraftstoff bei einem Druck, welcher höher ist als im düsenhalterseitigen
Teil des Kraftstoff-Hochdruckleitungssystems. Zudem verdrängt die
Düsennadel 6 den
Kraftstoff lediglich durch die Düsen 12,
weshalb der Nadelschließdruck als
zusätzlicher
Einspritzdruck dient. Dies hat zur Folge, dass der Kraftstoff am
Spritzende in ausreichend zerstäubter
Form in den Brennraum eingebracht werden kann, um vollständig zu
verbrennen. Des weiteren wird ein Ansaugen von heißen Gasen
aus dem Brennraum in das Kraftstoff-Hochdruckleitungssystem verhindert.
Wenn die Düsennadel
6 ihrem Düsennadeldichtsitz
aufliegt und die Düsen 12 verschließt, erfolgt über die
Drosselbohrung 28 der Zwischenplatte eine Drosselung des
Kraftstoffdrucks im Hochdrucksystem um ein erneutes Abheben der
Düsennadel 6 von
ihrem Düsennadeldichtsitz
zu vermeiden.
Bei
einem Durchströmen
des Filterelements mit Kraftstoff wird die Kugel 29 gegen
ihre düsenkörperseitige
Anschlagsfläche 35 gedrückt. Der
Kraftstoff muss den Ringspalt des Filterelements passieren, so dass
etwaige Schmutzpartikel im Kraftstoff wel che größer als 0,1 mm sind, bzw. größer als
0,2 mm sind, wenn die Kugel 29 einer Innenumfangsfläche der
Durchgangsbohrung 33 anliegt, das Filterelement nicht passieren
können
und durch das Filterelement zurückgehalten
werden. Durch die entstehende Sogwirkung am Förderende wird die Kugel 29 des Filterelements
gegen ihre düsenhalterseitige
Anschlagsfläche 36 gedrückt wird.
Durch diese heftige Hin- und Herbewegung der Kugel 29 innerhalb
der Durchgangsbohrung 33 werden von dem Filterelement zurückgehaltene
Schmutzpartikel, insbesondere in Form von Quarzsand, im allgemeinen
zermahlen.