DE3928912A1 - Kraftstoffeinspritzduese fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für Brenn­ kraftmaschinen, mit sitzgebohrten Düsenöffnungen und einer in einer Bohrung im Düsenkörper geführten, mit einer Druckfeder beaufschlagten Düsennadel, welche die Verbindung zwischen ei­ nem stromauf des Dichtsitzes der Düsennadel ein von dieser und dem Düsenkörper begrenzten Druckraum und den Düsenöffnungen in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck steuert.

Einspritzdüsen dieser Art haben die Aufgabe, die Kraftstoff­ einspritzung so zu steuern, daß die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffes zunächst langsam ansteigt und erst in einer spä­ teren Phase der Spritzdauer die Hauptmenge eingespritzt wird. Dabei soll auch die Möglichkeit einer Voreinspritzung gegeben sein. Der Schließvorgang der Düsennadel soll in kürzester Zeit erfolgen. Mit einem derartigen Verlauf des Einspritzvorganges können sowohl die schädlichen Bestandteile im Abgas als auch das Verbrennungsgeräusch vermindert werden.

Eine Kraftstoffeinspritzdüse der eingangs genannten Art, bei der sich der eingangs geforderte Einspritzverlauf realisieren läßt, ist aus der DE-OS 31 17 665 bekannt. Dabei wird am Be­ ginn der Kraftstoffeinspritzung, wenn die Düsennadel von ihrem Dichtsitz abhebt, eine sich am Schaft der Düsennadel befindli­ che Entlastungsbohrung, die mit einem von der Düsennadel und vom Düsenkörper gebildeten Raum im Schaftbereich zu­ sammenwirkt, aufgesteuert. Dieser Raum steht mit einer Bohrung mit dem Leckölraum in Verbindung. Das bedeutet, daß der Kraft­ stoff in dieser Bewegungsphase der Düsennadel sowohl über die Düsenbohrungen als auch über die aufgesteuerten Öffnungen der Entlastungsbohrung abströmen kann, sodaß die Öffnungsbewegung der Düsennadel verlangsamt wird. Nachteilig ist der für die Aufsteuerung der Entlastungsbohrung notwendig definierte Hub der Düsennadel, welcher technisch praktikabel größer ist als derzeit übliche Nadelhübe von etwa 0,2 mm für PKW-Einspritzdüsen, wodurch ein Steuerorgan dieser Art hier praktisch nicht möglich ist.

Beim Betrieb von kleinen, direkt einspritzenden Dieselmotoren, insbesondere von Zweitakt-Dieselmotoren, ist das Verkoken der Düsenspitze bzw. der Düsenlöcher schwer zu beherrschen, da die relativ kleinen Einspritzmengen zur Kühlung der Düse nicht ausreichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffein­ spritzdüse der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei geringsten Nadelhüben und unkompliziertem Aufbau der Dü­ sennadel ein verzögertes Öffnen bzw. ein rasches Schließen der Düsennadel erreicht werden kann. Dabei soll auch die Möglich­ keit einer Voreinspritzung gegeben sein. lnsbesondere soll auch sichergestellt sein, daß auch bei kleinsten Einspritzmen­ gen eine ausreichende Kühlung der Einspritzdüse sichergestellt ist, um deren Verkokung sicher zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dieser Druckraum bei vom Nadelsitz abgehobener Düsennadel ständig mit einem Leckölraum verbunden ist. Dadurch besteht auch während der Anlage des Absatzes der Düsennadel an ihrem Anschlag die Verbindung vom Druckraum zum Leckölraum und somit wird während der gesamten Einspritzdauer Kraftstoff in den Leckölraum abge­ steuert. Wird die Nadel im Einspritzdruckverlauf auch nur mi­ nimal angehoben, so erfolgt sofort die weitere Teilströmung über die Verbindung zum Leckölraum. Bedingt durch den durch diese Teilströmung zur Niederdruckseite während der gesamten Einspritzung ausgelösten Druckabfall, ergibt sich ein verzö­ gertes Öffnen der Düsennadel und durch beide Teilströme eine ständig gute Kühlung der Düse, welche das Verkoken der Düsen­ spitze verhindert. Außerdem kommt es zu einem raschen Schließen der Düse am Ende der Einspritzung.

Bei einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse, bei der die Düsennadel eine Bohrung aufweist, welche einen vom Düsen­ körper und von der Düsennadel begrenzten Raum mit dem Druck­ raum verbindet, welcher Druckraum eine Strömungsverbindung zum Leckölraum aufweist, kann weiters vorgesehen sein, daß sofort nach dem Öffnen der Düsennadel Kraftstoff über die Strömungs­ verbindung vom Druckraum in den Leckölraum abfließt, daß in an sich bekannter Weise ein den Hub der Düsennadel begrenzender Anschlag vorhanden ist, daß sich der Anschlag im Bereich der Strömungsverbindung befindet und zumindest indirekt mit einem Absatz der Düsennadel zusammenwirkt, wobei in an sich bekann­ ter Weise die Bohrung in der Düsennadel, ausgehend von deren Spitze bis in den Raum reicht, welcher an seiner dem Lecköl­ raum zugewandten Seite von einer Zwischenplatte begrenzt ist, und daß in der Zwischenplatte mindestens ein eine ständige Strömungsverbindung zwischen dem vom Düsenkörper und der Dü­ sennadel gebildeten Raum und dem Leckölraum herstellender Ka­ nal eingearbeitet ist.

Bei dieser Lösung ergibt sich eine Teilströmung, deren Quer­ schnitt bei an der Zwischenplatte anliegendem Ansatz der Dü­ sennadel in diesem Bereich gegebenenfalls eine Engstelle auf­ weisen kann, sodaß der Teilstrom bei an der Zwischenplatte an­ liegendem Ansatz gedrosselt wird, wodurch die Einspritzung nur wenig beeinflußt wird. Durch den größeren Querschnitt des Teilstromes bei den Übergangslagen der Düsennadel von der Schließ- zur Offenstellung und umgekehrt, ergibt sich ein ent­ sprechend verzögertes Öffnen der Düsennadel. Am Ende der Ein­ spritzung wird, sobald sich die Düsennadel vom Anschlag wegbe­ wegt, die Verbindung vom Druckraum zum Leckölraum gegebenen­ falls weiter geöffnet, wodurch zusätzlich Kraftstoff abfließen kann und ein schneller Nadelschluß erfolgt. Durch geeignete Wahl des Durchmessers der Bohrung in der Düsennadel können die Steuerzeiten der Düsennadel beeinflußt werden, wobei durch kleine Abmessungen der Bohrungen ein geringes Schadvolumen er­ reicht wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bohrung in der Düsennadel mit einem Axialspalt in Verbindung steht, welcher dem vom Düsenkörper und von der Düsennadel ge­ bildeten Raum vorgelagert und vorzugsweise zweiteilig ausge­ führt ist, wobei die einzelnen Teilräume durch die Bohrung im Düsenkörper einerseits und durch Anflächungen am Schaft der Düsennadel andererseits gebildet sind. Damit kann sehr leicht über die Tiefe dieser Anflächungen ein entsprechend verzöger­ tes Öffnen bzw. ein schnelles Schließen der Düsennadel reali­ siert werden.

Weiterführend kann bei einer Einspritzdüse, bei welcher die Bohrung in der Düsennadel axial verläuft, erfindungsgemäß vor­ gesehen sein, daß und die Teilräume durch auf die Anflächungen normal stehende radiale Bohrungen mit der axialen Bohrung ver­ bunden sind. Das ergibt eine besonders einfache Herstellung­ möglichkeit, wobei durch geeignete Wahl des Durchmessers der auf die Anflächungen normal stehenden radialen Bohrungen ein weiterer Parameter zur Beeinflussung der Steuerzeiten der Dü­ sennadel gegeben ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Bohrung der Düsennadel vom Raum ausgehend im Be­ reich deren Dichtsitzes endet. Durch diese Maßnahme ist es bei Sacklochdüsen möglich, die Bohrung der Düsennadel und damit auch den Leckölraum gasdicht gegenüber dem Druckraum und dem Sackloch abzudichten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vor­ gesehen sein, daß im Dichtsitz der Düsennadel Bohrungen ange­ ordnet sind, die in einem von der Außenseite des Düsenkörpers und einer diesen umgebenden Hülse gebildeten Kanal münden, der mit dem Leckölraum strömungsverbunden ist. Dies ermöglicht einen sehr einfachen Aufbau einer Einspritzdüse, die aufgrund der guten Kühlung durch den Teilstrom zum Leckölstrom auch für sehr kleine Einspritzmengen geeignet ist.

Die Erfindung wird nun anhand der in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse,

Fig. 1a eine Variante der Ausführung nach Fig. 1,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, und die

Fig. 3 und 4 Details anderer Ausführungsbeispiele in vergrößertem Maßstab jeweils im Axialschnitt.

Die in Fig. 1 dargestellte Einspritzdüse besteht im wesentli­ chen aus einem Düsenkörper 1, mit einer Bohrung 2, in welcher die Düsennadel 3 im Bereich ihres Schaftes 4 axial geführt ist. Die kegelige Spitze 5 der Düsennadel 3 wird durch die Kraft einer hier nicht dargestellten Vorspannfeder auf den Dichtsitz 6 des Düsenkörpers 1 gepreßt, wodurch die sitzge­ bohrten Düsenöffnungen 7 im einspritzseitigen Teil 8 des Dü­ senkörpers 1 - in der dargestellten Stellung der Düsennadel - geschlossen sind. Ausgehend von einem als Ringraum ausge­ führten Ringraum 9 im Düsenkörper 1, führt ein von der Boh­ rung 2 und der Düsennadel 3 begrenzter Zwischenraum 10 zu den Düsenöffnungen 7. Der Zwischenraum 10 entsteht durch den im einspritzseitigen Teil 8 des Düsenkörpers 1 im Vergleich zum Schaft 4 verminderten Durchmesser der Düsennadel 3. Die Zulei­ tung des Kraftstoffes zum Ringraum 9, und in weiterer Folge über den Zwischenraum 10 zu den Düsenöffnungen 7, erfolgt über eine schräg durch den Düsenkörper 1 verlaufende Hochdrucklei­ tung 11, die direkt in einen Leitungsabschnitt 12 einmündet, der sich in einer zwischen dem Düsenkörper 1 und den Düsenhal­ ter 13 angeordneten Zwischenplatte 14 befindet und seinerseits mit dem Leitungsabschnitt 15 im Düsenhalter 13 fluchtet.

Der Schaft 4 der Düsennadel 3 weist an seinem dem Ringraum 9 abgewandten Ende 30 einen Absatz 16 auf, welcher bei voll ge­ öffneter Düsennadel 3 mit einem durch die Zwischenplatte 14 gebildeten Anschlag 17 zusammenwirkt. Durch diesen Anschlag 17 wird der, hier überhöht dargestellte, Hub 18 der Düsennadel 3 begrenzt. Durch die Düsennadel 3 mit ihrem Absatz 16 einer­ seits und durch die Bohrung 2 im Düsenkörper 1 bzw. die Zwi­ schenplatte 14 andererseits wird ein Raum 23 gebildet, dessen äußerer Durchmesser gleich dem Durchmesser der Bohrung 2, des­ sen innerer Durchmesser gleich dem Durchmesser des Fort­ satzes 20 der Düsennadel 3 und dessen veränderliche Höhe gleich dem Hub 18 der Düsennadel 3 ist. Der durch die Boh­ rung 19 in der Zwischenplatte 14 reichende Fortsatz 20 der Dü­ sennadel 3 wirkt mit der hier nicht dargestellten Vorspann­ feder zusammen und taucht in den im Düsenhalter 13 angeordne­ ten Leckölraum 27 ein.

Die Düsennadel 3 weist ausgehend von ihrer Spitze 5 eine axiale Bohrung 21 auf, die bis in den Bereich des Schaftes 4 der Düsennadel 3 reicht und dort in radiale Bohrungen 22 ein­ mündet, die in einen Axialspalt 34 zwischen Düsennadel 3 und Düsenkörper 1, welcher an den Raum 23 angrenzt, reichen. Durch Anflächungen 24 am Schaft 4 der Düsennadel 3 ist der Axial­ spalt 34 in zwei Teilräume 28, 29 unterteilt, wobei wie aus Fig. 2 noch deutlicher ersichtlich, zwischen diesen Teil­ räumen 28, 29 der Schaft 4 der Düsennadel 3 an der Bohrung 2 im Düsenkörper 1 anliegt. Die Teilräume 28, 29, in welche die radialen Bohrungen 22 münden, weisen kreisabschnittförmige Grundflächen auf. Die Anflächungen 24 weisen eine Tiefe 25 auf, und erstrecken sich über eine Höhe 26 des Schaftes 4 der Düsennadel 3. Durch die Bohrung 19 in der Zwischenplatte 14, die den Fortsatz 20 der Düsennadel 3 mit genügend Spiel durch­ setzt, wird die Verbindung 31 zwischen dem Raum 23 bzw. den Teilräumen 28, 29 und dem Leckölraum 27 hergestellt.

Die Bohrung 32, die in einem Sackloch 33 des Düsenkörpers 1 endet, dient vermittels eines nicht dargestellten Stiftes zur Lagezentrierung des Düsenhalters 13 und der Zwischenplatte 14 mit dem Düsenkörper 1.

Es ist natürlich auch möglich - wie in einer Variante in Fig. 1a dargestellt - ausgehend von der axialen Bohrung 21 eine schräg durch den Schaft 4 der Düsennadel 3 verlaufende Drosselbohrung 42 vorzusehen, welche direkt an der durch den Absatz 16 gebildeten Fläche des Schaftes 4 in den Raum 23 mün­ det.

Aus Fig. 2 sind insbesondere die beiden Teilräume 28, 29 mit kreisabschnittförmigem Grundriß ersichtlich, die einerseits von auf die radialen Bohrungen 22 normal stehende Anflä­ chungen 24 mit der Tiefe 25 und andererseits von der Bohrung 2 im Düsenkörper 1 begrenzt sind. Sowohl durch die Wahl der Tiefe 25, des Durchmessers der radialen Bohrungen 22, als auch die Anzahl der Bohrungen 22 und Anflächungen 24, läßt sich die gewünschte Drosselwirkung beim Abfließen des Kraftstoffes ein­ stellen.

Die beschriebene Kraftstoffeinspritzdüse arbeitet wie folgt: Sobald der Kraftstoff unter Druck zugeführt wird, hebt die Dü­ sennadel 3 von ihrem Sitz 6 ab, und die Einspritzung beginnt. Gleichzeitig tritt auch an der Spitze 5 der Düsennadel 3 Kraftstoff in die axiale Bohrung 21 der Düsennadel 3 ein und strömt über die radialen Bohrungen 22 in die Teilräume 28, 29, bzw. über die schräge Bohrung 42 direkt in den Raum 23, ab. Diese Teilräume 28, 29 sind am Beginn der Einspritzung noch über den Raum 23 und die durch die Bohrung 19 in der Zwi­ schenplatte 14 hergestellte Verbindung 31 mit dem Lecköl­ raum 27 verbunden. Dadurch kann ein Teil des Kraftstoffes aus dem Hochdruckbereich im Druckraum 9 in den Niederdruckbereich im Leckölraum 27 abfließen, wodurch die Düsennadel verzögert öffnet. Die Geschwindigkeit sowie die Form des Öffnungsvorgan­ ges der Düsennadel läßt sich durch die vorgebbare Drosselwir­ kung der radialen Bohrungen 22 bzw. durch die Tiefe 25 der Anflächungen 24 einstellen. Sobald die Düsennadel 3 am Ende ihres Hubes 18 mit ihrem Absatz 16 an dem Anschlag 17 im Be­ reich der Bohrung 19 der Zwischenplatte 14 anliegt, kann der Kraftstoff noch über den Kanal 40 oder die Bohrung 35 weiter vom Raum 23 in den Leckölraum 27 strömen, wodurch eine ent­ sprechende Kühlung der Düse sichergestellt wird. Durch diese Verbindung vom Hochdruckbereich zum Leckölraum 27 ergibt sich beim Schließen der Düsennadel 3 aufgrund des Abflusses des Kraftstoffes ein schneller Nadelschluß.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel ist eine Sacklochdüse vorgesehen. Dabei muß die Längsbohrung 21′ der Düsennadel 3 im Bereich des Nadelsit­ zes 5′ münden. Dadurch wird beim Aufsetzen der Nadel auf ihren Sitz die Verbindung vom Sackloch 8′ zur schräg verlaufenden Längsbohrung 21′ und des Leckölraumes gegenüber dem Druckraum gasdicht unterbrochen. Durch die Radialbohrung 22′ ist der Raum 30 ständig mit der Bohrung 21′ verbunden, sodaß der Ka­ nal 40 trotz Drehens der Düsennadel 3 mit der Bohrung 21′ strömungsverbunden bleibt.

Eine weitere Variante einer gekühlten Einspritzdüse ist in der Fig. 4 dargestellt. Hier wird die Kühlmenge über vorzugsweise zwei oder mehrere Bohrungen 36 im Bereich des Nadelsitzes in einem Ringraum 37, welcher von einer Hülse 38 und dem Düsen­ körper 8 gebildet wird, und in weiterer Folge über eine Boh­ rung 39 in den Leckölraum 27 des Düsenhalters abgesteuert.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit sitz­ gebohrten Düsenöffnungen und einer in einer Bohrung im Dü­ senkörper geführten, mit einer Druckfeder beaufschlagten Düsennadel, welche die Verbindung zwischen einem stromauf des Dichtsitzes der Düsennadel ein von dieser und dem Dü­ senkörper begrenzten Druckraum und den Düsenöffnungen in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck steuert, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dieser Druckraum (9) bei vom Nadel­ sitz (6, 5′) abgehobener Düsennadel (3) ständig mit einem Leckölraum (27) verbunden ist.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, bei der die Dü­ sennadel (3) eine Bohrung (21) aufweist, welche einen vom Düsenkörper (1) und von der Düsennadel (3) begrenzten Raum (10) mit dem Druckraum (9) verbindet, welcher Druck­ raum eine Strömungsverbindung zum Federraum (27) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sofort nach dem Öffnen der Dü­ sennadel (3) Kraftstoff über die Strömungsverbindung (31) vom Druckraum (9) in den Federraum (27) abfließt, daß in an sich bekannter Weise ein den Hub (18) der Düsenna­ del (3) begrenzender Anschlag (17) vorhanden ist, daß sich der Anschlag (17) im Bereich der Strömungsverbindung (31) befindet und zumindest indirekt mit einem Absatz (16) der Düsennadel (3) zusammenwirkt, wobei in an sich bekannter Weise die Bohrung (21) in der Düsennadel (3), ausgehend von deren Spitze (5) bis in den Raum (23) reicht, welcher an seiner dem Federraum (27) zugewandten Seite von einer Zwischenplatte (14) begrenzt ist, und daß in der Zwischen­ platte (14) mindestens ein eine ständige Strömungsverbin­ dung zwischen dem vom Düsenkörper (1) und der Düsenna­ del (3) gebildeten Raum (23) und dem Federraum (27) her­ stellender Kanal (35; 40) eingearbeitet ist.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2 dadurch gekenn­ zeichnet, daß Bohrung (21) in der Dpüsennadel (3) mit ei­ nem Axialspalt (34) in Verbindung steht, welcher dem vom Düsenkörper (1) und von der Düsennadel (3) gebildeten Raum (23) vorgelagert und vorzugsweise zweiteilig ausge­ führt ist, wobei die einzelnen Teilräume (28, 29) durch die Bohrung (2) im Düsenkörper (1) einerseits und durch Anflächungen (24) am Schaft (4) der Düsennadel (3) ande­ rerseits gebildet sind.

4. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 3, wobei die Bohrung in der Düsennadel axial verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilräume (28, 29) durch auf die Anflächungen (24) normal stehende radiale Bohrungen (22) mit der axialen Bohrung (21) verbunden sind.

5. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bohrung (21′) der Düsennadel (3) vom Raum (23) ausgehend im Bereich deren Dichtsitzes endet.

6. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Dichtsitz (6) der Düsennadel (3) Bohrun­ gen (36) angeordnet sind, die in einem von der Außenseite des Düsenkörpers (8) und einer diesen umgebenden Hülse (38) gebildeten Kanal (37) münden, der mit dem Fe­ derraum (27) strömungsverbunden ist.