DE2742230A1

DE2742230A1 - Kraftstoff-einspritzduese mit steuerkolben

Info

Publication number: DE2742230A1
Application number: DE19772742230
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl Ing Decker; Wolfgang Dr Ing Schaffitz
Original assignee: Inst Motorenbau Prof Huber E V
Current assignee: Inst Motorenbau Prof Huber E V
Priority date: 1977-09-20
Filing date: 1977-09-20
Publication date: 1979-03-22
Also published as: DE2742230C2

Description

Brennstoff-Einspritzdüse mit Steuerkolben
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzdüse für Verbrennungsmotoren mit, in bekannter Weise, entgegen der Brennstoffströmungsrichtung öffnender Düsennadel, die unter der in Schließrichtung wirkenden Kraft einer mechanischen Feder steht und deren maximal möglicher Hub durch einen mechanischen Anschlag begrenzt ist.
Bei solchen Einspritzdüsen ist es u.a. erforderlich, den zeitlichen Mengenstrom des durch die Einspritzdüse in den Brennraum tretenden Brennstoffs so zu steuern, daß ein befriedigender Ablauf des Gemischbildungs- und Verbrennungsprozesses erreicht wird. Von der richtigen Steuerung dieser beiden Prozesse hängen in entscheidendem Maße der thermische Wirkungsgrad des Dieselmotors sowie seine umweltschädlichen chemischen und akustischen Emissionen ab. Der zeitliche Verlauf des Brennstoffmengenstroms durch die Einspritzdüse wird wesentlich mit beeinflußt durch den Bewegungsablauf der Düsennadel, da diese den Mengenstrom auf zweifache Weise beeinflußt: Durch die Größe des nadelhubabhängigen wirksamen Düsenquerschnitts und die speichernde bzw. verdrängende Wirkung der momentanen Nadelbewegung.
Stand der Technik ist es, Einspritzdüsen zu verwenden, deren Bewegungsablauf bestimmt wird von - den sich auf der Brennstoffförderseite ergebenden Drücken - der Einwirkung einer aus einer mechanischen Feder nadelhubabhängig wirkenden Federkraft - der Einwirkung eines nadelhubabhängigen wirksamen Ausflußquerschnitts von der Einspritzdüse zum Brennraum hin.
Nachteilig an den bisher bekannten Einspritzsystemen ist es, daß außer den genannten Eingriffsmöglichkeiten an der Düse keine Beeinflussungsmöglichkeit der Düsennadelbewegung und damit des Einspritzmengenverlaufs gegeben ist. So besteht düsenseitig bisher keine Möglichkeit, die Kraft, die in Schließrichtung auf die Düsennadel wirkt, abhängig vom Betriebszustand des Motors zu steuern und/oder den maximal möglichen Hub der Düsennadel vom Motor-Betriebszustand zu verändern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zusätzliche Eingriffsmöglichkeiten auf die Düsennadelbewegung und damit den zeitlichen Verlauf der eingespritzten Brennstoffmenge zu schaffen, deren Funktion abhängig vom Motor-Betriebszustand in Kraft gesetzt oder aufgehoben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Düsenhalter koaxial zur Düsennadelachse ein "Steuerkolben" angeordnet wird, der in der Öffnungsrichtung der Düsennadel unter der Wirkung einer mechanischen Feder, in Schließrichtung unter der Wirkung der aus dem über die Kolbenfläche wirkenden Drucks eines flüssigen oder gasförmigen Mediums resultierenden Kraft steht, die abhängig vom jeweiligen Motor-Betriebszustand wirksam gemacht oder aufgehoben wird. Dieser Steuerkolben beeinflußt die Düsennadelbewegung dadurch, daß die Düsennadel, nach Erreichen eines wählbaren Hubs, auf dem Steuerkolben mechanisch zur Anlage kommt und dann ihre Bewegung, unter der zusätzlichen Wirkung der vom Steuerkolben aufgeprägten Kraft, vollzieht. Dieser wählbare Hub kann konstruktiv durch die Abmessungen der maßgebenden Bauteile festgelegt werden. Die in Nadelschließrichtung wirkende Kraft kann beeinflußt werden durch: - Art des Mediums - extern aufgeprägten Druck des Mediums - Ausformung und Bemessung des Kanals, der Medium-Druckerzeuger und Steuerkolbenoberseite verbindet bzw. trennt.
Der auf die Oberseite des "Steuerkolbens" aufgeprägte Druck wird von der Brennkraftmaschine selbst oder von einer fremd angetriebenen Pumpe erzeugt. Zwischen Pumpe und "Steuerkolben" sind ein oder mehrere mechanisch, hydraulisch, elektrisch oder pneumatisch arbeitende Schaltorgane angeordnet, die, je nach Schaltstellung, den von der Pumpe erzeugten Druck zum Steuerkolben leiten oder von ihm abschalten. Diese Schaltorgange werden von jeweils einer oder mehreren der folgenden Größen betätigt, deren Anzahl bei Bedarf erweitert werden kann: - der Temperatur des Kühlmediums des Motors - der Motor-Drehzahl - der die Brennstoff-Einspritzmenge bestimmenden Stellgröße der Einspritzanlage - der Zeit, die vom Start des Motors aus gemessen wird Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß durch - abhängig vom Motorbetriebszustand einschaltbarer zusätzlicher Kraft auf die Nadel der Einspritzdüse - der zeitlicht Verlauf der eingespritzten Brennstoffmenge abhängig vom Betriebszustand des Motors verändert werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt.
Eine Einspritzdüse, bestehend aus Düsennadel (1) und Düsenkörper (2) ist in einen Düsenhalter (3) eingespannt. Die Düsennadel (1) steht unter der Wirkung der Düsenfeder (4), die ihre Kraft über die Druckstelze (5) auf diese überträgt. Im Düsenhalter (3) ist ferner ein Steuerkolben (6) angeordnet. Dieser steht auf seiner Unterseite unter der Wirkung der von der Druckfeder (7) ausgeübten Kraft. Auf seine Oberseite wirkt der Druck eines Mediums, der von einer geeigneten Pumpe erzeugt wird und über die Steuerorgane über eine Druckleitung (8) der Oberseite des Steuerkolbens zugeführt wird.
Ist auf die Oberseite des Steuerkolbens der Druck eines flüssigen oder gasförmigen Mediums aufgeschaltet, so berührt die Druckstelze (5) nach Durchlaufen eines definierten Hubes (9) den Steuerkolben (6) so, daß die Düsennadelbewegung von diesem Hub (9) an unter der Mitwirkung der vom Steuerkolben (6) auf die Druckstelze (5) ausgeübten Kraft erfolgt. Ist auf die Oberseite des Steuerkolbens (6) kein von außen erzeugter Druck aufgeschaltet, so befindet sich der Steuerkolben (6) unter der Kraftwirkung der Feder (7) auf seinem oberen Anschlag (10) und beeinflußt die Bewegung der Düsennadel (1) nicht, weil dann der Nadelhub durch den Anschlag (12) begrenzt ist. Die untere Grenzlage des Steuerkolbens (6) wird durch einen mechanischen Anschlag (11) begrenzt, den der Kolben (6) unter der Wirkung des auf seiner Oberseite aufgeprägten Druckes erreicht.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Beaufschlagung des Steuerkolbens (6) über die Druckleitung (8). Ein Motor (14) treibt eine Pumpe (15) an. Diese erzeugt Flüssigkeits- oder Gasdruck, dessen Höhe durch ein Druckventil (16) begrenzt wird.
Dieser Druck wird in Steuerorgane (13) eingespeist, die in 4/2-Wegebauart ausgeführt sind. In Schaltstellung 0 dieser Steuerorgane wird der von der Pumpe (15) erzeugte Druck über die Druckleitung (8) auf den Steuerkolben (6) geleitet, in der Schaltstellung 1 fördert die Pumpe (15) drucklos in den Rücklauf (17) und die Druckleitung (8) ist ebenfalls mit dem Rücklauf (17) verbunden. Jedes dieser Steuerorgane kann von jeweils einer der den Motorbetriebszustand kennzeichnenden Größen -hier Motordrehzahl nMot, Kühlmitteltemperatur TKM, Motordrehmoment MMott Betriebsdauer nach dem Anlassen des Motors t -in die Schaltstellung 0 oder 1 gebracht werden.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens (6). Hier wird der von der Pumpe (15), die von der Einspritzpumpe angetrieben wird, erzeugte Brennstoffdruck zur Beaufschlagung des Steuerkolbens (6) verwendet. Dieser ist in bekannter Weise durch ein Druckventil (16) begrenzt und wird zu Steuerorganen (19) geführt, die in 3/2-Wegebauart ausgeführt sind. D,e Schaltstellung dieser Steuerorgane wird im gezeigten Ausführungsbeispiel durch jeweils eine der Größen nMOt, TKM, MMot t bestimmt. In Schaltstellung O ist die Druckleitung (8) zum Rücklauf des Brennstoff-Versorgungssystems geöffnet und drucklos und der Weg von der Pumpe (15) durch das Steuerventil (19) gesperrt. In Schaltstellung 1 ist die Druckseite der Pumpe (15) mit der Druckleitung (8), über die der Steuerkolben (6) beaufschlagt wird, verbunden.
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Claims

Patentansprüche e Brennstoff-Einspritzdüse für Verbrennungsmotoren mit entgegen der Kraftstoff-Strömungsrichtung öffnender Düsennadel (1), die unter der Wirkung einer Düsenfeder (4) steht, dadurch gekennzeichnet, daß im Düsenhalter (3) ein beweglicher Steuerkolben (6) koaxial zur Düsennadel angeordnet ist, der auf seiner der Einspritzdüse zugewandten Stirnseite unter der Wirkung einer Druckfeder (7) steht und auf der von der Einspritzdüse abgewandten Stirnseite unter der Wirkung der Kraft eines flüssigen oder gasförmigen Mediums steht, das durch eine Druckleitung (8) eingespeist wird, dessen Hub nach beiden Seiten durch feste Anschläge (10 und 11) begrenzt ist und der bei bestimmten Hubstellungen über die Druckstelze (5) in mechanischen Kontakt mit der Düsennadel (1) kommen kann.
2) Düsenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Steuerkolben wirkende Gas- oder Flüssigkeitsdruck, abhängig vom Betriebszustand des Motors, durch geeignete Steuerorgane auf und abgeschaltet werden kann.
3) Düsenhaiter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens durch Steuerorgane außerhalb des Düsenhalters erfolgt, die, zentral angeordnet, mehrere oder alle Düsenhalter einer Mehrzylindermaschine ansteuern.
4) Düsenhalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens über das Steuerorgan, abhängig von der Motordrehzahl, der Fahrhebelstellung, der Kühlwassertemperatur und der Zeit nach dem Anlassen des Motors oder einer oder mehrerer dieser oder weiterer Größen erfolgt.
5) Düsenhalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf den Steuerkolben von einer extern und zentral angeordneten, vom Motor angetriebenen Pumpe erzeugt wird, die ein gasförmiges oder flüssiges Medium komprimiert, um den erforderlichen Druck auf der Kolbenoberseite bereitzustellen.
6) Düsenhalter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Kolbenoberseite aufgeprägte Druck von der Brennstoffförderpumpe der Einspritzanlage erzeugt wird.