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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine,
insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
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Eine
derartige Einspritzdüse
ist beispielsweise aus der
DE
102 22 196 A1 bekannt und umfasst eine hubverstellbare
erste Düsennadel
zum Steuern einer Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein
erstes Spritzloch sowie eine hubverstellbare zweite Düsennadel
zum Steuern einer Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein
zweites Spritzloch. Dabei ist bei der bekannten Einspritzdüse die erste
Düsennadel
als Hohlnadel ausgebildet, so dass die beiden Düsennadeln koaxial ineinander
angeordnet sind. Die erste Düsennadel
bzw. ein die erste Düsennadel
umfassender erster Nadelverband weist eine von den Spritzlöchern abgewandte
erste Steuerfläche
auf, die einen ersten Steuerraum begrenzt, der über eine erste Zulaufdrossel
an eine Zuführung
für unter
Einspritzdruck stehenden Kraftstoff angeschlossen ist. Der im ersten
Steuerraum herrschende Druck leitet somit in Schließrichtung
wirksame Kräfte über die
erste Steuerfläche
in die erste Düsennadel bzw.
in den ersten Nadelverband ein. Desweiteren weist die zweite Düsennadel
oder ein die zweite Düsennadel
umfassender zweiter Nadelverband eine von den Spritzlöchern abgewandte
zweite Steuerfläche
auf, die einen zweiten Steuerraum begrenzt. Bei der bekannten Einspritzdüse ist der
erste Steuerraum außerdem über eine
erste Ablaufdrossel mit einem Hochdruckraum eines Steuerventils
verbunden. Gleichzeitig ist der zweite Steuerraum über eine zweite
Ablaufdrossel, die auch als Zulaufdrossel arbeitet, ebenfalls mit
diesem Hochdruckraum verbunden. In einer eine erste Endstellung
bildenden Schließstellung
des Steuerventils sperrt dieses eine Verbindung des Hochdruckraums
zu einem Niederdruckraum, der an einen relativ drucklosen Rücklauf angeschlossen
ist. In dieser Schließstellung
des Steuerventils sind beide Ablaufdrosseln geöffnet, so dass beide Steuerräume mit
dem Hochdruckraum kommunizieren. Da außerdem der erste Steuerraum mit
der Zuführung
kommuniziert, herrscht in beiden Steuerräumen der Einspritzdruck. In
einer eine zweite Endstellung bildenden Offenstellung öffnet das Steuerventil
die Verbindung zwischen Hochdruckraum und Niederdruckraum und sperrt
außerdem
die zweite Ablaufdrossel. In der Folge sinkt der Druck im ersten
Steuerraum und die erste Düsennadel öffnet. Das
Steuerventil kann bei der bekannten Einspritzdüse in einem ersten Verstellmodus
vergleichsweise schnell zwischen der Schließstellung und der Offenstellung
verstellt werden, derart, dass sich im zweiten Steuerraum im wesentlichen
kein Druckabfall einstellt. Dementsprechend bleibt die zweite Düsennadel
dabei verschlossen. Im Unterschied dazu kann das Steuerventil bei
der bekannten Einspritzdüse
außerdem
in einem zweiten Verstellmodus vergleichsweise langsam verstellt
werden, derart, dass das Steuerventil hinreichend lange eine zwischen
den Endstellungen liegende Zwischenstellung einnehmen kann, in welcher
die Verbindung zwischen Hochdruckraum und Niederdruckraum sowie
beide Ablaufdrosseln geöffnet
sind. Hierdurch kommt es auch im zweiten Steuerraum zu einem Druckabfall,
mit der Folge, dass auch die zweite Düsennadel öffnet. Da der zweite Steuerraum
nur über
die zweite Ablaufdrossel mit der Zuführung kommunizieren kann, bleibt
die zweite Düsennadel
geöffnet,
wenn das Steuerventil seine Offenstellung einnimmt und dabei die
zweite Ablaufdrossel sperrt.
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Bei
der bekannten Einspritzdüse
wird somit nur ein einziges Steuerventil zur Steuerung beider Düsennadeln
benötigt,
was einen Kostenvorteil darstellt. Allerdings ist das bei der bekannten
Einspritzdüse
verwendete Ansteuerkonzept vergleichsweise ungenau, da über die
Stellgeschwindigkeit des Steuerventils eine hinreichende Öffnung der
zweiten Düsennadel
erzielt werden muss. Desweiteren ist bei der bekannten Einspritzdüse ein Abstand
zwischen dem Öffnen
der ersten Düsennadel
und dem Öffnen der
zweiten Düsennadel
so gut wie nicht variierbar, was den Einsatzbereich der bekannten
Einspritzdüse beschränkt.
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Aus
der
DE 100 58 1563
A1 und der
DE
101 18 699 A1 sind weitere Einspritzdüsen mit koaxial angeordneten
Düsennadeln
bekannt, die allerdings auf einem anderen Ansteuerprinzip beruhen.
Bei diesen Einspritzdüsen
ist jeweils die außenliegende
erste Düsennadel
direkt über
den Einspritzdruck gesteuert, d.h. zum Öffnen der ersten Düsennadel
wird der Kraftstoffdruck auf den Einspritzdruck erhöht. Im Unterschied
dazu ist bei diesen Einspritzdüsen
die innere zweite Düsennadel
jeweils über
ein Steuerventil gesteuert, mit dem ein Druck in einem Steuerraum einstellbar
ist, der durch eine von den Spritzlöchern abgewandte Steuerfläche der
zweiten Düsennadel begrenzt
ist. Der Aufwand zur Realisierung einer solchen Servosteuerung der
zweiten Düsennadel
in Verbindung mit einer direkten Steuerung der ersten Düsennadel
ist vergleichsweise groß.
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Es
besteht daher ein Bedarf an einem Einspritzventil der eingangs genannten
Art, bei dem mit einem vergleichsweise geringen Aufwand die zweite Düsennadel
mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 hat dem gegenüber den Vorteil, dass die zweite
Düsennadel
selbsttätig ihre
Offenstellung einnehmen kann, sobald sie aus ihrer Schließstellung
angehoben ist. Erreicht wird dies durch eine Zusatzdruckstufe, die
durch das Öffnen
der zweiten Düsennadel
aktiviert wird. Wesentlich ist dabei, dass diese Zusatzdruckstufe
so dimensioniert ist, dass die daran eingeleiteten Öffnungskräfte auch
dann in der zweiten Düsennadel
eine in Öffnungsrichtung
wirkende resultierende Kraft erzeugen, wenn das Steuerventil wieder
seine Offenstellung einnimmt, in welcher die zweite Ablaufdrossel gesperrt
ist. Durch die erfindungsgemäße Bauweise ist
die Öffnungsbewegung
der zweiten Düsennadel unabhängig von
der Stellung und Stellbewegung des Steuerventils, sobald die Öffnungsbewegung
der zweiten Düsennadel
durch das Abheben aus deren Schließstellung einmal iniziiert
ist. Dies hat zur Folge, dass die Stellbewegung des Steuerventils
nicht mehr auf die gesamte Öffnungsverstellung
der zweiten Düsennadel
abgestimmt werden muss, sondern nur auf deren Beginn. Hierdurch
kann zum einen die Öffnungszeit
der zweiten Düsennadel
relativ genau vorgegeben werden. Zum anderen kann der Abstand zwischen
dem Öffnen
der ersten Düsennadel
und dem Öffnen
der zweiten Düsennadel
quasi frei gewählt
werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
können
erster Steuerraum und zweiter Steuerraum bei geschlossener erster
Düsennadel
zueinander offen sein und einen gemeinsamen Steuerraum bilden, wobei
die erste Düsennadel
oder der erste Nadelverband bei geöffneter erster Düsennadel
den ersten Steuerraum vom zweiten Steuerraum trennt. Durch diese
Bauweise sind die beiden Steuerräume
bei geöffneter
erster Düsennadel
voneinander entkoppelt, was die unabhängige Ansteuerung der zweiten
Düsennadel
bei geöffneter
erster Düsennadel
vereinfacht. Weitere Vereinfachung bei der Ansteuerung der zweiten
Düsennadel
ergeben sich dadurch, dass der zweite Steuerraum über eine
zweite Zulaufdrossel ebenfalls an die Zuführung angeschlossen ist. Auf diese
Weise ist der zweite Steuerraum unabhängig vom ersten Steuerraum
mit der Zuführung
verbunden, was die Steuerung des Drucks im zweiten Steuerraum erheblich
vereinfacht. Zusätzlich
oder alternativ können
bei einer vorteilhaften Weiterbildung beide Ablaufdrosseln an den
zweiten Steuerraum angeschlossen sein, was ebenfalls die Ansteuerung
der zweiten Düsennadel
vereinfacht.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausführungsform,
bei welcher auch die erste Düsennadel
oder der erste Nadelverband eine den Spritzlöchern zugewandte Zusatzdruckstufe
aufweist, die bei geschlossener erster Düsennadel deaktiviert ist und
die bei geöffneter
erster Düsennadel
aktiviert ist und dabei eine zusätzliche Öffnungskraft
in die erste Düsennadel
oder in den ersten Nadelverband einleitet, die so groß ist, dass
in der ersten Düsennadel
oder im ersten Nadelverband die Öffnungskräfte auch
dann überwiegen,
wenn bei geöffnetem
Steuerventil der erste Steuerraum vom zweiten Steuerraum getrennt ist.
Diese Bauweise hat somit zur Folge, dass es auch zum Öffnen der
ersten Düsennadel
ausreicht, diese zunächst
aus ihrer Schließstellung
anzuheben, wobei die Öffnungsbewegung
im Übrigen
dann selbsttätig
abläuft,
da mit dem Anheben der ersten Düsennadel
aus deren Schließstellung
die genannte Zusatzdruckstufe aktiviert ist. Somit ist auch die
Ansteuerung der ersten Düsennadel
letztlich unabhängig
von der Stellgeschwindigkeit des Steuerventils.
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Von
besonderem Interesse ist dabei eine Variante, bei welcher die erste
Düsennadel
in ihrer Offenstellung die beiden Steuerräume voneinander trennt und
somit gleichzeitig den ersten Steuerraum auch von beiden Ablaufdrosseln
trennt, wenn beide Ablaufdrosseln an den zweiten Steuerraum angeschlossen
sind. Auf diese Weise herrscht bei geöffneter erster Düsennadel
im ersten Steuerraum automatisch der Einspritzdruck, während im
zweiten Steuerraum mit unterhalb des Einspritzdrucks liegenden Drücken gearbeitet
werden kann, was die Steuerung der zweiten Düsennadel vereinfacht.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ergeben
sich aus den Unteransprüchen,
aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Einspritzdüse sind
in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert, wobei sich
gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche
Komponenten beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch
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1 bis 6 jeweils
einen stark vereinfachten, prinzipiellen Längsschnitt durch Einspritzdüsen nach
der Erfindung, bei verschiedenen Schaltzuständen, wobei zur vereinfachten
Darstellung jeweils ein mittlerer Abschnitt der Einspritzdüsen weggelassen
ist.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Entsprechend
den 1 bis 6 umfasst eine erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 in
einem durch eine geschweifte Klammer gekennzeichneten oberen Abschnitt
A ein Steuerventil 2 und in einem durch eine geschweifte
Klammer gekennzeichneten unteren Abschnitt B mehrere Spritzlöcher, nämlich wenigstens
ein erstes Spritzloch 3 und wenigstens ein zweites Spritzloch 4.
Ein zwischen oberem Abschnitt A und unterem Abschnitt B liegender
mittlerer Abschnitt ist zur Wahrung der Übersichtlichkeit weggelassen
und kann daher in bekannter Weise aufgebaut sein.
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Ublicherweise
besitzt die Einspritzdüse 1 im unteren
Abschnitt B mehrere erste Spritzlöcher 3, die vorzugsweise
in einer Ebene sternförmig
verteilt angeordnet sind. Außerdem
sind vorzugsweise auch mehrere zweite Spritzlöcher 4 vorgesehen,
die ebenfalls in einer Ebene sternförmig angeordnet sein können. Durch
die Spritzlöcher 3, 4 kann
Kraftstoff unter Einspritzdruck in einen Einspritzraum 5 eingespritzt werden,
der ein Brennraum oder ein Gemischbildungsraum eines Zylinders einer
Brennkraftmaschine sein kann. Die Einspritzung von Kraftstoff durch das
wenigstens eine erste Spritzloch 3 wird mit Hilfe einer
ersten Düsennadel 6 gesteuert,
die zu diesem Zweck mit einem ersten Nadelsitz 7 zusammenwirkt. Dieser
erste Nadelsitz 7 ist dabei so positioniert, dass sich
das wenigstens eine erste Spritzloch 3 bezüglich einer
den Kraftstoff unter Einspritzdruck bereitstellenden Zuführung 8 stromab
befindet.
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Die
Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine zweite Spritzloch 4 kann
mit Hilfe einer zweiten Düsennadel 9 gesteuert
werden, die zu diesem Zweck mit einem zweiten Nadelsitz 10 und
einen dritten Nadelsitz 11 zusammenwirkt.
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Wie
den Darstellungen der 1 bis 6 zu entnehmen
ist, ist bei den hier gezeigten Ausführungsformen eine der Düsennadeln 6, 9,
nämlich
die zweite Düsennadel 9,
als Hohlnadel ausgestaltet. Auf diese Weise können die beiden Düsennadeln 6, 9 koaxial
ineinander angeordnet werden. Im vorliegenden Fall ist somit die
erste Düsennadel 6 in
der zweiten Düsennadel 9 angeordnet.
Damit die erste Düsennadel 6 innen
angeordnet sein kann, verläuft
ein innerer Zweig 8' der
Zuführung 8,
der sich unmittelbar stromauf des wenigstens einen ersten Spritzlochs 3 befindet,
radial zwischen den beiden Düsennadeln 6, 9.
Im vorliegenden Fall ist zur Versorgung des wenigstens einen äußeren Spritzlochs 4 zusätzlich ein äußerer Zweig 8'' der Zuführung 8 vorgesehen,
der unmittelbar stromauf des wenigstens einen zweiten Spritzlochs 4 radial
außen
entlang der zweiten Düsennadel 9 verläuft. Dementsprechend
wirkt die zweite Düsennadel 9 mit
zwei Nadelsitzen, nämlich
mit dem zweiten Nadelsitz 10 und dem dritten Nadelsitz 11 zusammen,
die beiderseits des wenigstens einen zweiten Spritzlochs 4 angeordnet
sind. Somit befindet sich bezüglich
des wenigstens einen zweiten Spritzlochs 4 der zweite Nadelsitz 10 stromauf
des äußeren Zweigs 8'', während sich der dritte Nadelsitz 11 stromauf
des inneren Zweigs 8' befindet.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
können die
Düsennadeln 6, 9 unabhängig bzw.
separat voneinander in der Einspritzdüse 1 angeordnet sein.
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Die
erste Düsennadel 6 besitzt
stromab des ersten Nadelsitzes 7 eine erste Zusatzdruckstufe 12, die
durch die gesamte vom ersten Nadelsitz 7 eingeschlossene
Fläche
gebildet ist. Diese erste Zusatzdruckstufe 12 ist dem wenigstens
einen ersten Spritzloch 3 zugewandt und wirkt somit bei
einer Druckbeaufschlagung in der Öffnungsrichtung der ersten
Düsennadel 6.
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In
entsprechender Weise ist auch an der zweiten Düsennadel 9 eine zweite
Zusatzdruckstufe 13 ausgebildet, die dem wenigstens einen
zweiten Spritzloch 4 zugewandt ist. Die zweite Druckstufe 13 ist
durch eine Ringfläche
gebildet, die radial außen durch
den zweiten Nadelsitz 10 und radial innen durch den dritten
Nadelsitz 11 begrenzt ist. Auch die zweite Zusatzdruckstufe 13 leitet
bei einer Druckbeaufschlagung eine Öffnungskraft in die zugehörige zweite
Düsennadel 9 ein.
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Entsprechend
den 1 bis 6 besitzt die erste Düsennadel 6 bzw.
ein erster Nadelverband 14, der die erste Düsennadel 6 umfasst,
im oberen Abschnitt A eine erste Steuerfläche 15, die von den Spritzlöchern 3, 4 abgewandt
ist und dementsprechend bei einer Druckbeaufschlagung eine in Schließrichtung
wirksame Kraft in die erste Düsennadel 6 bzw.
in den ersten Nadelverband 14 einleitet. Der erste Nadelverband 14 kann
neben der ersten Düsennadel 6 wenigstens
eine weitere Komponente umfassen, wobei die einzelnen Komponenten
des ersten Nadelverbands 14 so aneinander angeordnet sind,
dass sie Druckkräfte übertragen
können.
Das heißt,
die einzelnen Komponenten des ersten Nadelverbandes 14 können in
der Hubrichtung grundsätzlich
lose aneinander anliegen, sofern eine hinreichende Abdichtung gegenüber dem
unter Einspritzdruck stehenden Kraftstoff gegeben ist. Ebenso ist
es möglich,
dass wenigstens zwei Komponenten aneinander befestigt sind. Des
Weiteren ist es möglich, dass
zumindest zwei Komponenten aus einem Stück hergestellt sind. Ebenfalls
bildet der erste Nadelverband 14 eine im Ganzen hubverstellbare
Einheit.
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In
entsprechender Weise bildet zweckmäßig auch die zweite Düsennadel 9 eine
Komponente eines zweiten Nadelverbands 16, der neben der
zweiten Düsennadel 9 zumindest
eine weitere Komponente aufweisen kann, wobei zumindest zwei Komponenten
fest aneinander befestigt sein können und/oder
aus einem Stück
hergestellt sein können. Ebenso
können
auch im zweiten Nadelverband 16 einzelne Komponenten bei
entsprechender Abdichtung gegenüber
dem unter Einspritzdruck stehenden Kraftstoff in der Hubrichtung
lose aneinander anliegen, da lediglich Druckkräfte übertragen werden müssen. Dementsprechend
bildet auch der zweite Nadelverband 16 eine im Ganzen hubverstellbare Einheit.
Die zweite Düsennadel 9 bzw.
der zweite Nadelverband 16 besitzt eine zweite Steuerfläche 17, die
ebenfalls von den Spritzlöchern 3, 4 abgewandt ist,
so dass eine Druckbeaufschlagung der zweiten Steuerfläche 17 eine
in Schließrichtung
wirksame Kraft in den zweiten Nadelverband 16 bzw. in die zweite
Düsennadel 9 einleitet.
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Die
beiden Steuerflächen 15, 17 sind
im oberen Abschnitt A der Einspritzdüse 1 ausgebildet,
vorzugsweise jeweils an einem von den Spritzlöchern 3, 4 entfernten
Ende des ersten Nadelverbands 14 bzw. des zweiten Nadelverbands 16.
Während
die erste Steuerfläche 15 einen
ersten Steuerraum 18 begrenzt, bildet die zweite Steuerfläche 17 eine
Begrenzung für
einen zweiten Steuerraum 19. Dabei umschließt der zweite
Steuerraum 19 den ersten Steuerraum 18 ringförmig und
ist seinerseits radial außen durch
einen Führungsring 20 begrenzt.
Des Weiteren sind beide Steuerräume 18, 19 durch
eine den Spritzlöchern 3, 4 zugewandte
Unterseite 21 einer Drosselplatte 22 begrenzt.
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In
dieser Drosselplatte 22 verläuft ein weiterer Abschnitt
des Zulaufs 8. Dieser Zulauf 8 ist an einer hier
nicht gezeigten Stelle an eine Hochdruckleitung angeschlossen, die
den für
die Einspritzung vorgesehenen Kraftstoff unter dem jeweiligen Einspritzdruck
bereitstellt. Beispielsweise wird diese Hochdruckleitung von einer
entsprechenden Kraftstoffeinspritzpumpe gespeist. Beim sogenannten „Common-Rail-Prinzip" sind die Zuführungen 8 von
mehreren, vorzugsweise von sämtlichen,
Einspritzdüsen 1, die
einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, angeordnet
sind, mit derselben gemeinsamen Hochdruckleitung verbunden.
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In
der Drosselplatte 22 ist eine erste Zulaufdrossel 23 ausgebildet, über welche
der erste Steuerraum 18 an die Zuführung 8 angeschlossen
ist. Des Weiteren enthält
die Drosselplatte 22 eine zweite Zulaufdrossel 24, über welche
der zweite Steuerraum 19 an die Zuführung 8 angeschlossen
ist. Die erste Zulaufdrossel 23 kann dabei eine stärkere Drosselwirkung
aufweisen als die zweite Zulaufdrossel 24. Die Drosselplatte 22 enthält außerdem eine
erste Ablaufdrossel 25 sowie eine zweite Ablaufdrossel 26, über welche
die Steuerräume 18, 19 mit
einem Hochdruckraum 27 des Steuerventils 2 verbunden
sind. Im vorliegenden Fall sind beide Ablaufdrosseln 25, 26 direkt
nur mit dem zweiten Steuerraum 19 verbunden und über diesen
indirekt mit dem ersten Steuerraum 18. Erreicht wir dies über einen
gemeinsamen Abschnitt 28, der die beiden Ablaufdrosseln 25, 26 innerhalb
der Drosselplatte 22 zum zweiten Steuerraum 19 führt. Vorzugsweise
ist die Drosselwirkung der ersten Ablaufdrossel 25 stärker als
diejenige der zweiten Ablaufdrossel 26.
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Das
Steuerventil enthält
einen Ventilkörper 29,
der mit Hilfe eines geeigneten Aktuators, insbesondere mittels eines
Piezoaktuators, hubverstellbar ist und wechselweise mit einem ersten
Ventilsitz 30 und einem zweiten Ventilsitz 31 zusammenwirkt.
Der Ventilkörper 29 steuert
im Steuerventil 2 eine über den
ersten Ventilsitz 30 geführte Verbindung zwischen dem
Hochdruckraum 27 und einem Niederdruckraum 32 des
Steuerventils 2. Der Niederdruckraum 32 ist dabei
an einen nicht dargestellten, im wesentlichen drucklosen Rücklauf des
Einspritzventils 1 angeschlossen.
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Die
erste Düsennadel 6 bzw.
der erste Nadelverband 14 ist innerhalb der Einspritzdüse 1 zwischen
einer in 1 gezeigten Schließstellung
und einer in den 3 bis 5 gezeigten
Offenstellung hubverstellbar angeordnet. Dabei bilden sowohl die Schließstellung
als auch die Offenstellung definierte Endstellungen. In ihrer Schließstellung
sitzt die erste Düsennadel 6 im
ersten Nadelsitz 7 und trennt das wenigstens eine erste
Spritzloch 3 vom zugehörigen inneren
Zweig 8' der
Zuführung 8.
Das wenigstens eine erste Spritzloch 3 ist dann gesperrt.
Bei geschlossener erster Düsennadel 6 ist
die erste Zusatzdruckstufe 12 deaktiviert, das heißt, an der
ersten Zusatzdruckstufe 12 greifen keine nennenswerten
Kräfte
in Öffnungsrichtung
an. Des Weiteren sind die beiden Steuerräume 18 und 19 bei
geschlossener erster Düsennadel 6 zueinander
offen, so dass sie einen gemeinsam Steuerraum 18-19 bilden.
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Sobald
die erste Düsennadel 6 vom
ersten Nadelsitz 7 abhebt, ist die Verbindung des wenigstens
einen ersten Spritzlochs 3 zum innen liegenden Zweig 8' der Zuführung 8 geöffnet, so
dass zum einen eine Kraftstoffeinspritzung durch das wenigstens eine
erste Spritzloch 3 stattfinden kann. Zum anderen ist dann
die erste Zusatzdruckstufe 12 aktiviert, das heißt, an der
ersten Zusatzdruckstufe 12 liegt im wesentlichen der Einspritzdruck
an, der eine in Öffnungsrichtung
wirkende Kraft über
die erste Zusatzdruckstufe 12 in die erste Düsennadel 6 einleitet.
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Sobald
die erste Düsennadel 6 ihre
Offenstellung einnimmt, trennt sie bzw. der erste Nadelverband 14 die
beiden Steuerräume 18, 19 voneinander. Hierzu
ist im vorliegendem Fall am ersten Nadelverband 14 eine
ringförmige
Steuerkante 33 ausgebildet. Der in der Schließstellung
der ersten Düsennadel 6 verbleibende
erste Steuerraum 18 ist hier durch eine konkave Formgebung
der ersten Steuerfläche 15 definiert.
Bei einer anderen Ausführungsform kann
die erste Steuerfläche 15 auch
eben ausgestaltet sein, so dass der in der Offenstellung der ersten Düsennadel 6 verbleibende
erste Steuerraum 15 im wesentlichen nur noch durch das Volumen der
ersten Zulaufdrossel 23 gebildet ist.
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Auch
die zweite Düsennadel 9 bzw.
der zweite Nadelverband 16 ist in der Einspritzdüse 1 hubverstellbar
angeordnet, und zwar zwischen einer in den 1 bis 3 gezeigten
Schließstellung
und einer in den 4 bis 6 angedeuteten
Offenstellung. Dabei bildet zumindest die Schließstellung eine Endstellung.
In der Schließstellung
wirkt die zweite Düsennadel 9 mit
dem zweiten Nadelsitz 10 und dem dritten Nadelsitz 11 zusammen,
wodurch das wenigstens eine zweite Spritzloch 4 sowohl
vom inneren Zweig 8' als
auch vom äußeren Zweig 8'' der Zuführung 8 getrennt ist.
Dementsprechend ist die zweite Zusatzdruckstufe 13 deaktiviert,
so dass über
diese im wesentlichen keine in Öffnungsrichtung
wirksame Kraft in die zweite Düsennadel 9 eingeleitet
werden kann.
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Sobald
die zweite Düsennadel 9 aus
den zugeordneten Nadelsitzen 10, 11 abhebt, ist
sowohl die Verbindung zum inneren Zweig 8' als auch die Verbindung zum äußeren Zweig 8'' der Zuführung 8 geöffnet, so
dass eine Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine
zweite Spritzloch 4 stattfinden kann. Gleichzeitig wird
dadurch die zweite Zusatzdruckstufe 13 aktiviert, an der
dann im wesentlichen der Einspritzdruck angreift und somit eine
in Öffnungsrichtung
der zweiten Düsennadel 9 wirksame Kraft
in diese bzw. in den zweiten Nadelverband 16 einleitet.
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Während die
Kraftstoffeinspritzung durch die Spritzlöcher 3, 4 durch
Hubbetätigungen
der Düsennadeln 6, 9 steuerbar
ist, sind die Hubbetätigungen der
Düsennadeln 6, 9 mit
Hilfe des Steuerventils 2 und speziell durch Hubbetätigungen
des Ventilkörpers 29 steuerbar.
Das Steuerventil 2 ist zu diesem Zweck zwischen einer in
den 1 und 6 gezeigten Schließstellung
und einer in den 2, 3 und 5 gezeigten
Offenstellung verstellbar. Dabei bilden auch beim Steuerventil 2 die
Schließstellung
und die Offenstellung jeweils definierte Endstellungen, in denen
der Ventilkörper 29 jeweils
eine definierte Lage einnimmt. In der Schließstellung wirkt der Ventilkörper 29 mit
dem ersten Ventilsitz 30 zusammen und sperrt somit die
Verbindung zwischen Hochdruckraum 27 und Niederdruckraum 32.
Beachtenswert ist hierbei, dass in dieser Schließstellung beide Ablaufdrosseln 25, 26 offen
sind. In der Offenstellung wirkt der Ventilkörper 29 mit dem zweiten Ventilsitz 31 zusammen,
wodurch die erste Ablaufdrossel 25 gesperrt ist. Gleichzeitig
ist in der Offenstellung des Steuerventils 2 die Verbindung
zwischen Hochdruckraum 27 und Niederdruckraum 32 geöffnet, so
dass Kraftstoff aus dem Hochdruckraum über den Niederdruckraum 32 in
den Rücklauf
abfließen kann.
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Des
Weiteren kann das Steuerventil 2 zumindest in eine Zwischenstellung
gemäß 4 verstellt werden,
in der sich das Steuerventil 2 bzw. sein Ventilkörper 29 zwischen
den beiden Endstellungen (Schließstellung und Offenstellung)
befindet. Grundsätzlich
bildet somit jede Relativstellung des Ventilkörpers 29, in welcher
sich der Ventilkörper 29 weder in
der Schließstellung
noch in der Offenstellung befindet, eine solche Zwischenstellung.
Bevorzugt wird jedoch eine Zwischenstellung, in welcher der Ventilkörper 29 sowohl
vom ersten Ventilsitz 30 als auch vom zweiten Ventilsitz 31 soweit
entfernt ist, dass sich eine möglichst
geringe Drosselwirkung zwischen dem Ventilkörper 29 und den Ventilsitzen 30, 31 einstellt.
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In
der genannten Zwischenstellung des Steuerventils 2 bzw.
des Ventilkörpers 29 sind
somit sowohl die Verbindung zwischen Hochdruckraum 27 und
Niederdruckraum 32 als auch beide Ablaufdrosseln 25, 26 geöffnet.
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Die
Erfindung bzw. deren Funktionsweise werden nun im folgenden näher erläutert: In
der in 1 gezeigten Ausgangsstellung befindet sich das Steuerventil 2 in
seiner Schließstellung;
ebenso befinden sich beide Düsennadeln 6, 9 jeweils
in ihrer Schließstellung.
In der Folge sind zum einen die beiden Zusatzdruckstufen 12 und 13 deaktiviert,
zum anderen sind beide Steuerräume 18, 19 miteinander verbunden,
wobei in den Steuerräumen 18, 19 der Einspritzdruck
herrscht. Ebenso herrscht im Hochdruckraum 27 der Einspritzdruck.
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Um
nun eine Einspritzung durch das wenigstens eine erstes Spritzloch 3 durchzuführen, wird
das Steuerventil 2 von seiner Schließstellung direkt in seine Offenstellung überführt, was
in 2 wiedergegeben ist. In der Folge ist die Verbindung
zwischen Hochdruckraum 27 und Niederdruckraum 32 geöffnet, wodurch
der Druck im Hochdruckraum 27 abfällt. Da die erste Ablaufdrossel 25 in
der Offenstellung des Steuerventils 2 gesperrt ist, kann
sich dieser Druckabfall nur über
die zweite Ablaufdrossel 26 bis in die Steuerräume 18, 19 fortpflanzen.
Die erste Steuerfläche 15 ist
so ausgelegt, dass durch diesen Druckabfall im ersten Nadelverband 14 eine Öffnungskraft
resultiert, so dass die erste Düsennadel 6 aus
dem ersten Nadelsitz 7 abhebt. Diese Öffnungsbewegung ist in 2 durch
einen Pfeil 34 angedeutet. Sobald die erste Düsennadel 6 aus
dem ersten Nadelsitz 7 abhebt, ist die erste Zusatzdruckstufe 12 aktiviert,
was die in Öffnungsrichtung
wirksamen Kräfte
verstärkt.
In der Folge öffnet
die erste Düsennadel 6 sehr
schnell.
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Gemäß 3 erreicht
die erste Düsennadel 6 bzw.
der erste Nadelverband 14 seine Offenstellung, in welcher
die Steuerkante 33 die beiden Steuerräume 18, 19 voneinander
trennt. In der Folge kann sich im ersten Steuerraum 18 wieder
der Einspritzdruck einstellen. Damit hier kein labiler Zustand entsteht,
ist die erste Zusatzdruckstufe 12 bei einer bevorzugten
Ausführungsform
so ausgelegt, dass sie im aktivierten Zustand eine zusätzliche Öffnungskraft in
die erste Düsennadel 6 bzw.
in den ersten Nadelverband 14 einleitet, die so groß ist, dass
im ersten Nadelverband 14 auch dann die Öffnungskräfte überwiegen,
wenn an der ersten Steuerfläche 15 wieder der
Einspritzdruck angreift, also wenn bei geöffnetem Steuerventil 2 die
beiden Steuerräume 18, 19 voneinander
getrennt sind.
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Bei
dem in 3 dargestellten Zustand sind somit nur noch die
zweite Zulaufdrossel 24 und die zweite Ablaufdrossel 26 aktiv,
wodurch sich im zweiten Steuerraum 19 ein vorbestimmter
Druck einstellt. Die zweite Düsennadel 9 bzw.
der zweite Nadelverband 16 ist so ausgelegt, dass die zweite
Düsennadel 9 auch
bei diesem nun im zweiten Steuerraum 19 herrschenden reduzierten
Druck in ihrer Schließstellung
verbleibt. Folglich herrscht in 3 ein stabiler Zustand,
bei dem ausschließlich
durch das wenigstens eine erste Spritzloch 3 eine Einspritzung
von Kraftstoff erfolgt.
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Zum
Beenden dieser Kraftstoffeinspritzung kann das Steuerventil 2 direkt
in seine Schließstellung
gemäß 1 verstellt
werden, wodurch der Abfluss von Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 27 über den
Rücklauf
wieder gesperrt ist und sich im ersten Steuerraum 19 in
der Folge wieder der Einspritzdruck aufbaut. Der erste Nadelverband 14 besitzt
eine von den Spritzlöchern 3, 4 abgewandte
weitere Druckstufe 35, die ebenfalls den zweiten Steuerraum 19 begrenzt. Über diese
weitere Druckstufe 35 werden somit Schließkräfte in den
ersten Nadelverband 14 eingeleitet. Die Auslegung dieser
weiteren Druckstufe 35 erfolgt dabei so, dass sich bei
ansteigendem Druck im zweiten Steuerraum 19 eine resultierende Schließkraft im
zweiten Nadelverband 14 ausbildet, so dass insbesondere
die über
die erste Zusatzdruckstufe 12 eingeleitete Öffnungskraft überwunden wird
und die erste Düsennadel 6 schließen kann.
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Falls
jedoch ohne Unterbrechung der Kraftstoffeinspritzung durch das wenigstens
eine erste Spritzloch 3 zusätzlich eine Kraftstoffeinspritzung durch
das wenigstens eine zweite Spritzloch durch geführt werden soll, wird das Steuerventil 2 gemäß 4 in
seine obengenannte Zwischenstellung überführt. Hierbei wird die erste
Ablaufdrossel 25 wieder geöffnet, während gleichzeitig die Verbindung
zwischen Hochdruckraum 27 und Niederdruckraum 32 offen
bleibt. Da außerdem
nach wie vor nur die zweite Zulaufdrossel 24 aktiv ist,
stellt sich im Hochdruckraum 27 und somit im zweiten Steuerraum 19 ein weiterer
Druckabfall ein. Die zweite Steuerfläche 17 ist dabei so
ausgelegt, dass nunmehr im zweiten Nadelverband 16 die Öffnungskräfte überwiegen,
so dass die zweite Düsennadel 9 von
den zugeordneten Nadelsitzen 10 und 11 abhebt,
was in 4 durch einen Pfeil 36 angedeutet ist.
Sobald die zweite Düsennadel 9 von
den zugehörigen
Nadelsitzen 10, 11 abhebt, beginnt die Einspritzung
von Kraftstoff durch das wenigstens eine zweite Spritzloch 4.
Gleichzeitig wird dadurch die zweite Zusatzdruckstufe 13 aktiviert,
wodurch eine zusätzliche Öffnungskraft
in die zweite Düsennadel 9 und
somit in den zweiten Nadelverband 16 eingeleitet wird.
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Erfindungsgemäß ist nun
die zweite Zusatzdruckstufe 13 so ausgelegt, dass die darüber in die zweite
Düsennadel 9 eingeleitete
zusätzliche Öffnungskraft
so groß ist,
dass in der zweiten Düsennadel 9 bzw.
im zweiten Nadelverband 16 auch dann die Öffnungskräfte überwiegen,
wenn das Steuerventil 2 nach dem Abheben der zweiten Düsennadel 9 aus
den zugeordneten Nadelsitzen 10, 11 wieder seine
Offenstellung einnimmt. Dieser Zustand ist in 5 dargestellt.
Die erfindungsgemäße Auslegung der
zweiten Zusatzdruckstufe 13 hat somit zur Folge, dass die Öffnungsbewegung
der zweiten Düsennadel 9 mit
Hilfe der Zwischenstellung des Steuerventils 2 quasi nur
angestoßen
werden muss und im Übrigen dann
selbsttätig
abläuft.
Dies hat seinerseits zur Folge, dass das Steuerventil 2 bzw.
sein Ventilkörper 29 nur
für eine
vergleichsweise kurze Zeit in die genannte Zwischenstellung überführt werden
muss, um die Offnungsbewegung der zweiten Düsennadel 9 anzustoßen. Sobald
die zweite Zusatzdruckstufe 13 aktiv ist, kann das Steuerventil 2 wieder
in seine Offenstellung verstellt werden, in der es die erste Ablaufdrossel 25 sperrt.
Dies hat den großen
Vorteil, dass die ungenau und relativ instabil einstellbare Zwischenstellung
nur kurz angefahren oder durchfahren werden muss, um ein definiertes Öffnen der
zweiten Düsennadel 9 zu
bewirken. Im Übrigen
befindet sich das Steuerventil 2 sonst stets in genau definierten
und somit stabilen Endlagen (Offenstellung bzw. Schließstellung).
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Um
die gewünschte
Initiierung des Öffnungsvorgang
für die
zweite Düsennadel 9 durchführen zu können, ist
der Antrieb des Steuerventils 2 so ausgelegt, dass er das
Steuerventil 2 bzw. dessen Ventilkörper 29 bei der hier
gezeigten Vorgehensweise aus der Offenstellung heraus hinreichend
lange in die Zwischenstellung verstellen kann. Aus dieser Offenstellung
heraus kann der Antrieb dann das Steuerventil 2 wieder
in die Schließstellung
zurückverstellen.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
kann es durchaus vorgesehen sein, eine Einspritzung durch das wenigstens
eine zweite Spritzloch 4 möglichst unmittel nach bzw.
möglichst
gleichzeitig mit einer Einspritzung durch das wenigstens eine erste
Spritzloch 3 durchzuführen.
Hierzu kann mit Hilfe eines geeigneten Antriebs das Steuerventil 2 aus
seiner Offenstellung heraus direkt solange in die Zwischenstellung
verstellt werden, bis mit oder nach dem Öffnen der ersten Düsennadel 6 auch
die Öffnungsbewegung
der zweiten Düsennadel 9 beginnt.
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Falls
nur eine sehr kurze Einspritzung durch die wenigstens eine zweite
Einspritzöffnung 4 erwünscht ist,
kann das Steuerventil 2 aus seiner Zwischenstellung heraus
auch wieder in seine Schließstellung
zurückverstellt
werden, um so den Schließvorgang
für beide
Düsennadeln 6, 9 zu
starten.
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Es
ist klar, dass das Steuerventil 2 mit Hilfe eines geeignetes
Antriebs aus seiner Schließstellung heraus
so schnell in seine Offenstellung verstellbar ist, dass beim Durchfahren
sämtlicher
Zwischenstellungen ein Absinken des Drucks in den Steuerräumen 18, 19 bis
zu einem Druck, bei dem die zweite Düsennadel 9 öffnet, nicht
erfolgen kann.
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Anstelle
einer quasi statischen Verweildauer des Steuerventils 2 bzw.
dessen Ventilskörpers 29 in der
ausgewählten
Zwischenstellung, um den Öffnungshub
der zweiten Düsennadel 9 zu
initiieren, kann es ausreichend sein, das Steuerventil 2 bzw. den
Ventilkörper 29 hinreichend
langsam von der Schließstellung
in die Offenstellung zu bewegen oder von der Offenstellung in die
Zwischenstellung und direkt zurück
in die Offenstellung zu bewegen.
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Um
ausgehend vom Zustand gemäß 5, bei
dem beide Düsennadel 6, 9 offen
sind und somit eine Einspritzung von Kraftstoff durch sämtliche Spritzlöcher 3, 4 erfolgt,
in den Ausgangszustand gemäß 1 zurückzukommen,
kann nun einfach das Steuerventil 2 in seine Schließstellung
zurückverstellt werden,
wodurch sich die Situation gemäß 6 ergibt.
In der Schließstellung
des Steuerventils 2 ist die Verbindung vom Hochdruckraum 27 zum
Niederdruckraum 32 gesperrt, so dass sich in der Folge
im Hochdruckraum 27 und im zweiten Steuerraum 19 der
Einspritdruck einstellen kann. Die damit einhergehende Druckerhöhung an
der weiteren Druckstufe 35 führt zum einen wieder dazu,
dass im ersten Nadelverband 14 die Schließkräfte überwiegen
und dieser sich entsprechend einem Pfeil 37 in Schließrichtung
in Bewegung setzt. Desweiteren führt
der Druckanstieg an der zweiten Steuerfläche 17 auch am zweiten
Nadelverband 16 dazu, dass darin die in Schließrichtung
wirksamen Kräfte überwiegen,
so dass sich auch der zweite Nadelverband 16 entsprechend
einem Pfeil 38 in Schließrichtung in Bewegung setzt.
Sobald die Düsennadeln 6, 9 wieder
in ihren Nadelsitzen 7, 10, 11 eingefahren
sind, liegt wieder Ausgangszustand gemäß 1 vor.
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- 1
- Einspritzdüse
- 2
- Steuerventil
- 3
- erstes
Spritzloch
- 4
- zweites
Spritzloch
- 5
- Einspritzraum
- 6
- erste
Düsennadel
- 7
- erster
Nadelsitz
- 8
- Zuführung
- 8'
- innerer
Zweig von 8
- 8''
- äußerer Zweig
von 8
- 9
- zweite
Düsennadel
- 10
- zweiter
Nadelsitz
- 11
- dritter
Nadelsitz
- 12
- erste
Zusatzdruckstufe
- 13
- zweite
Zusatzdruckstufe
- 14
- erster
Nadelverband
- 15
- erste
Steuerfläche
- 16
- zweiter
Nadelverband
- 17
- zweite
Steuerfläche
- 18
- erster
Steuerraum
- 19
- zweiter
Steuerraum
- 20
- Führungsring
- 21
- Unterseite
von 22
- 22
- Drosselplatte
- 23
- erste
Zulaufdrossel
- 24
- zweite
Zulaufdrossel
- 25
- erste
Ablaufdrossel
- 26
- zweite
Ablaufdrossel
- 27
- Hochdruckraum
von 2
- 28
- Abschnitt
- 29
- Ventilkörper
- 30
- erster
Ventilsitz
- 31
- zweiter
Ventilsitz
- 32
- Niederdruckraum
von 2
- 33
- Steuerkante
- 34
- Öffnungsbewegung
von 6, 14
- 35
- weitere
Druckstufe
- 36
- Öffnungsbewegung
von 9, 16
- 37
- Schließbewegung
von 6, 14
- 38
- Schließbewegung
von 9, 16
- A
- oberer
Abschnitt von 1
- B
- unterer
Abschnitt von 1