DE2500644C2

DE2500644C2 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2500644C2
Application number: DE2500644A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 4000 Düsseldorf Köhler; Dieter Dipl.-Ing. 5060 Bensberg Schlundt
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1975-01-09
Filing date: 1975-01-09
Publication date: 1988-07-07
Also published as: JPS5187618A; FR2297330A1; GB1488985A; DE2500644A1; JPS5813745B2; IT1054026B; FR2297330B1; US3997117A

Description

10 Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Die üblicherweise verwendeten 'Kraftstoffeinspritzventile mit einer federbelasteten Düsennadel weisen infolge der verschiedenen Beaufschlagungsquerschnitte für den Kraftstoff im geschlossenen und geöffneten Zustand eine Differenz zwischen Öffnungs- und Schließdruck auf. Da für den Öffnungsvorgang nur der außerhalb des Düsennadelsitzes liegende Ringquerschnitt, für den Schließgang jedoch der gesamte Querschnitt der Düsennadel maßgebend ist, liegt der Schließdruck des Ventils stets unter seinem Öffnungsdruck.

Für den Verbrennungsablauf ist dieser Effekt unerwünscht, da der Kraftstoff im Einspritzbereich nach Erreichen des Spitzendrucks mit abfallendem Druck immer schlechter zerstäubt wird und meist nur noch ungenügende Bedingungen für eine thermisch günstige Verbrennung vorfindet.

Durch die DE-PS 8 27 140 ist ein Kraftstoffeinspritzventil der eingangs beschriebe: en Art bekannt, bei dem die Düsennadel zusätzlich zu einer Belastungsfeder vom Druck des Kraftstoffs beaufschlagt wird, der von der zum einspritzseitigen Ende der Düsennadel führenden Kraftstoffdruckleitung über eine erste von einem federbelasteten Rückschlagventil gesteuerte und eine Drosselstelle enthaltende Verbindungsleitung in einen federseitig der Düsennadel vorgelagerten Pufferraum geleitet wird. Durch'den zunehmenden Förderdruck wird die Düsennadel angehoben, sobald die Federkraft überwunden wird. Gleichzeitig strömt über die Drosselstelle Kraftstoff in den Pufferraum, in dem sich infolge der Drosselung verzögert der Kraftstoffdruck entsprechend dem in der Druckleitung aufbaut. Die Verzögerung muß so groß sein, daß während der Einspritzzeit die Belastung durch den Kraftstoffdruck und die Federkraft im Pufferraum die Belastung durch den am Düsennadelsitz herrschenden Kraftstoffdruck nicht übersteigt. Am Ende der Kraftstoffeinspritzung wird die Kraftstoffdruckleitung entlastet, so daß sich die Druckverhältnisse umkehren. Durch den höheren Kraftstoffdruck im Pufferraum wird die Düsennadel rasch geschlossen. Die Schließung erfolgt somit bei einem höheren Druck als bei einem Kraftstoffeinspritzventil üblicher Bauart.

Über eine zweite hier ebenfalls zur Kraftstoffdruckleitung führende, gleichfalls eine Drosselstelle enthaltende und durch ein in entgegengesetzter Richtung öffnendes federbelastetes Rückschlagventil gesteuerte Verbindungsleitung kann sich dann der im Pufferraum vorhandene Überdruck langsam auf den in der Kraftstoffdruckleitung befindlichen Druck abbauen.

In der Regel fällt jedoch der Kraftstoffdruck in der Druckleitung nicht auf den Wert Null ab, sondern wird zwecks Vermeidung von Kavitation durch besondere

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Vorrichtungen höher gehalten.

Wegen der dynamischen Vorgänge auf der Druckseite des Kraftstoffeinspritzsystems ist es im allgemeinen nicht möglich, für alle Betriebsbereiche einen gleichen konstanten Entlastungsdruck in der Druckleitung zu erhalten. Mithin sind auch die Ausgangszustände im Pufferraum unterschiedlich, wodurch der Öffnungsdruck der Düsennadel abhängig vom jeweiligen Entlastungszustand in der Kraftstoffdruckleitung wird. Dies ist aus den eingangs erwähnten Gründen und wegen der Streuung der eingespritzten Kraftstoffmengen unerwünscht.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, bei einem Kraftstoffeinspritzventil der eingangs beschriebenen Art, den Schließdruck über den durch die Nadel- und Sitzgeometrie bestimmten Wert anzuheben und dabei mit einfachen Mitteln zu erreichen, daß der Druckzustand am Anfang jeder Einspritzung vom jeweiligen Entlastungszustand der Kraftstoffdruckleitung unabhängig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung wird erreicht, daß kurz nach dem Öffnen der Düsennadel die Verbindung zwischen der Kraftstoffdruckleitung und dem Pufferraum aufgesteuert wird. Erst von diesem Zeitpunkt an baut sich über die Drosselstelle verzögert im Pufferraum ein Druck auf. Die Verbindungsleitung zur Leckkraftstoffleitung ist geschlossen. Mit der Entlastung der Kraftstoffdruckleitung schließt das Umschaltventil die Verbindungsleitung von der Kraftstoffdruckleitung zum Pufferraum und öffnet die Verbindungsleitung zur Leckkraftstoffleitung. Der zunächst noch anstehende Druck im Pufferraum sorgt für eine schnelle Schließung der Düsennadel. Er wird dann über die zweite Drosselstelle zur Kraftstoffleckölleitung hin abgebaut. Da die Leckkraftstoffleitung drucklos ist, wird auch der Pufferraum drucklos, so daß jedes Arbeitsspiel für den Pufferraum bei einem Druckniveau von Null beginnt. Dadurch wird über den gesamten Betriebsbereich ein gleichmäßiger öffnungsdruck und überhöhter Schließdruck erzielt, wodurch das Einspritzgesetz in bezug auf eine gleichmäßige Zerstäubung und guten Verbrennungsablauf mit geringer Schadstoffemission wesentlich verbessert wird.

Aus der DE-PS 7 13 777 ist zwar ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem die Kraftstoffdruckleitung über eine Drosselstelle mit einem Pufferraum verbunden ist, damit sich der Kraftstoffdruck zeitlich verzögert in dem Pufferraum aufbauen kann und im Schließsinn auf die im übrigen durch eine Feder belastete Düsennadel wirken kann. Gleichzeitig ist dieser Pufferraum über eine weitere Drosselstelle mit einer Leckkraftstoff leitung verbunden. Beide Verbindungen sind jedoch nicht ventilgesteuert, so daß auch während des Einspritzvorgangs ständig Kraftstoff aus der Druckleitung über den Pufferraum in die Leckkraftstoffleitung abfließen kann. Außerdem läßt sich nach Beendigung der Einspritzung kein Restdruck in der Druckleitung aufrechterhalten, wie es im Hinblick auf die Druckverhältnisse in der Einspritzleitung erwünscht ist. Schließlich soll mit dem bekannten Einspritzventil die Aufgabe gelöst werden, die Einspritzung der Kraftstoffmenge am Anfang des Hubes der Düsennadel zu verzögern, womit ein weiterer Gang des Motors erzielt werden soll.

Es ist grundsätzlich möglich, daß der Kraftstoffdruck im Pufferraum das rückwärtige Ende der Düsennadel unmittelbar beaufschlagt. Es ist jedoch in Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn der Pufferraum zur Düsennadel hin von einem an dieser anliegenden axialbeweglichen Hydraulikkolben begrenzt ist, so daß die Beaufschlagung der Düsennadel über diesen Kolben erfolgt. Durch die Abstimmung des Durchmessers des Hydraulikkolbens zu dem Durchmesser der Düsennadel ist es möglich, eine den Betriebsverhältnissen angepaßte ι ο hydraulische Übersetzung zu verwirklichen.

Die Begrenzung eines Pufferraumes durch einen Hydraulikkolben ist aus der DE-PS 9 05 689 bekannt, der jedoch hier nicht unmittelbar auf die Düsennadel, sondern auf die diese belastende Feder einwirkt.
ι j Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, die Ausführungen bezüglich einer vorteilhaften Fertigung und Montage des Umschaltventils, das auch zum späteren Einbau in bereits vorhandene Kraftstoffeinspritzventile geeignet ist, sind den Ansprüchen 3 bis 6 entnehmbar. Durch die Verwendung eines Kegelsitzes und eines Flachsitzes wird die Schwierigkeit vermieden, die bei der Abdichtung zweier gleichachsiger Kegelsitze auftreten. Dabei ist es vorteilhaft, daß über einen Kegelsitz die Verbindungsleitung zur Leckkraftstoffleitung gesteuert wird, da so infolge der besseren Abdichtung der Druckleitung gewährleistet ist, daß sich in dem Pufferraum kein Druck aufbaut, bevor die Ventilnadel öffnet. Ferner wird die Gefahr geringgehalten, daß durch Leckagen die eingespritzte Kraftstoffmenge verändert wird.

In der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend beschrieben.

A b b. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil.
A b b. 2 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein entsprechendes Kraftstoffeinspritzventil, jedoch mit einem einen Pufferraum begrenzenden Hydraulikkolben.

A b b. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil mit besonderer Ausgestaltung des Umschaltventiles.

In einem Düsenhaltergehäuse 1 ist eine Düsennadel 2 geführt, deren kegelige Spitze 3 durch eine Feder 4 gegen einen Sitz 5 gedrückt wird und somit eine Kraftstoffdruckleitung 6 abschließt. Mit 7 sind die Düsenbohrungen einer Kraftstoffeinspritzdüse 8 bezeichnet.

Die Feder 4 ist in einem Raum gelagert, der in den Ausführungen nach Abb. 1 und 3 zugleich als Pufferraum 9 dient. Dieser ist über eine Verbindungsleitung 10 mit der zum einspritzseitigen Ende der Düsennadel führenden Krafcstoffdruckleitung 6 und über eine weitere Verbindungsleitung Ϊ1 mit einer Leckkraftstoffleitung 12 verbunden. In den Verbindungsleitungen 10 und 11 sind Drosselstellen 13 und 14 vorgesehen, die zwecks Anpassung an die Betriebsverhältnisse veränderbar gestaltet werden können. Ferner sind die Verbindungsleitungen von einem als Doppelventil ausgebildeten Umschaltventil 15 beherrscht, das von einer Feder 16 belastet ist und in Ruhestellung den Verbindungskanal 10 abschließt und den Verbindungskanal 11 öffnet. Die Drosseln 13 und 14 können in Strömungsrichtungen des Kraftstoffes sowohl vor als auch nach dem Umschaltventil 15 angeordnet werden. Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist folgende:

Durch die Kraftstoffdruckleitung 6 wird der Kraftstoff von einer nicht näher dargestellten Kraftstoffein-

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spritzpumpe in das Kraftstoffeinspritzventil gefördert. Bei Erreichen eines durch die Spannung der Feder 4 vorbestimmten Druckes öffnet die Düsennadel 2 und der Einspritzvorgang beginnt. Durch eine Abstimmung der Düsennadelfeder 4 auf die Feder 16 des Umschaltventils 15 wird erreicht, daß das Umschaltventil 15 den Verbindungskanal 10 freigibt, sobald die Düsennadel 2 geöffnet ist. Darauf baut sich über die Drosselstelle 13 im Pufferraum 9 ein Kraftstoffdruck auf, der auf eine Stirnfläche 17 der Düsennadel 2 wirkt und mit der Feder 4 bei Entlastung der Druckleitung 6 die Düsennadel 2 sofort schließt. Die Drosselstelle 13 ist so ausgelegt, daß der Kraftstoffdruck im Pufferraum 9 und die Federkraft erst bei Entlastung der Kraftstoffdruckleitung 6 die Düsennadel 2 schließt.

Bei Entlastung der Kraftstoffdruckleitung 6 schließt ebenfalls das Umschaltventil 15 die Verbindungsleitung 10 von der Kraftstoffdruckleitung zum Pufferraum 9 und öffnet die Verbindungsleitung zur Leckkraftstoffleitung 12. Während der Umschaltphase wird der Druck im Pufferraum 9 gleichzeitig über die Drosselstellen 13 und 14 langsam abgebaut und fällt schließlich über die Verbindungsleitung 11 auf Null ab.

Es ist dadurch gewährleistet, daß zu Beginn einer jeden Kraftstoffeinspritzung im Pufferraum gleiche Verhältnisse vorliegen.

Die Ausführung nach A b b. 2 weist die Besonderheit auf, daß die Feder 4 für die Düsennadel 2 in einem besonderen Federraum 18 untergebracht ist, der über eine Bohrung 19 mit der Leckkraftstoffleitung 12 in Verbindung steht. Ferner ist ein Pufferraum 20 vorgesehen, in dem ein Hydraulikkolben 21 axial beweglich gelagert ist, der mit einer düsennadelseitigen Verlängerung 22 durch die Feder 4 hindurch auf die Stirnfläche 17 der Ventilnadel 2 einwirkt.

Das Umschaltventil 15 in der Ausführung nach A b b. 3 hat eine axial bewegliche Ventilnadel 23, die mit ihrem einen mit einem Kegelsitz 24 zusammenwirkenden Ende die Verbindungsleitung 10 zwischen der Kraftstoffdruckleitung 6 und dem Pufferraum 9 steuert, und mit ihrem gegenüberliegenden mit einem Flachsitz 25 zusammenwirkenden Nadelende die zweite Verbindungsleitung zur Leckkraftstoffleitung 12 steuert. Die Ventilnadel 23 des Umschaltventils 15 ist in einem separaten Ventilkörper 26 untergebracht, in dem der Kegelsitz 24 und die Drosselstellen 13 und 14 eingearbeitet sind. Der Ventilkörper 26 wird in dem Düsenhaltergehäuse 1 durch eine hohle Druckschraube

27 mit einer Ventilplatte 28 verspannt, in der Verbindungskanäle 29 zur Leckkraftstoffleitung 12 und der Flachsitz 25 vorgesehen sind. In der hohlen Druckschraube 27 ist die Feder 16 untergebracht, die über eine Federplatte 30 auf einen zapfenförmigen Ansatz 31 der Ventilnadel 23 des Umschaltventils 15 einwirkt. Der zapfenförmige Ansatz 31 greift durch eine zentrale Bohrung 32 der Ventilplatte. Von der zentralen Bohrung 32 gehen die Verbindungskanäle 29 aus und münden in einem ringförmigen Kanal 33, der durch Abschrägung einer Kante am Umfang der Ventilplatte

28 gebildet wird und der mit der Leckkraftstoffleitung 12 verbunden ist.

Die Ausführung nach A b b. 3 weist einfach herzustellende Einzelteile auf, die auch nachträglich in bereits vorhandene Kraftstoffeinspritzventile eingebaut werden können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftstoff einspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einer durch den Druck des Einspritzkraftstoffs entgegen der Einspritzrichtung und gegen die Kraft einer Feder von ihrem Sitz abhebenden Düsennadel, die während der Einspritzung an ihrem dem Sitz abgewandten Ende zusätzlich von unter Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagt wird, der von einer zum einspritzseitigen Ende der Düsennadel führenden Kraftstoffdruckleitung über eine ein zwischengeschaltetes federbelastetes Ventil und eine Drosselstelle aufweisende Verbindungsleitung in einen der Düsennadel federseitig vorgelagerten Pufferraum gelangt, der nach Beendigung der Einspritzung über eine zweite, ein zwischengeschaltetes federbelastetes Ventil und eine Drosselstelle aufweisende Verbindungsleitung wieder entlastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastung des Pufferraumes (9, 20) über die zweite Verbindungsleitung (11) in eine Leckkraftstoffleitung erfolgt, und daß die beiden federbelasteten Ventile in den Verbindungsleitungen (10, 11) zu einem wechselweise wirkenden, axial verschiebbaren sowie von einer Feder (16) beaufschlagten Umschaltventil (15) zusammengefaßt sind, das beim Öffnen der Verbindungsleitung (10) zwischen der Kraftstoffdruckleitung (6) und dem Pufferraum (9, 20) gegen die Kraft der Feder (16) gleichzeitig die zweite Verbindungsleitung (11) zwischen letzterem und der Leckkraftstoffleitung (12) schließt und umgekehrt.

2. Kraftstoff einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferraum (20) zur Düsennadel (2) hin von einem an dieser anliegenden, axial beweglichen Hydraulikkolben (21) begrenzt ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil

(15) als Ventilnadel (23) ausgebildet ist, die mit ihrem einen mit einem Kegelsitz (24) zusammenwirkenden Nadelende die Verbindungsleitung (10) zwischen der Kraftstoffdruckleitung (6) und dem Pufferraum (9, 20) und mit ihrem gegenüberliegenden mit einem Flachsitz (25) zusammenwirkenden Nadelende die zweite Verbindungsleitung (11) zur Leckkraftstoffleitung (12) steuert.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (23) des Umschaltven tiles (15) in einem separaten, in einen Düsenhalter (1) des Einspritzventils eingesetzten Ventilkörper (26) geführt ist, in dem außer dem Kegelsitz (24) auch die beiden Drosselstellen (13,14) ausgebildet sind, und der durch eine hohle, die Feder

(16) für das Umschaltventil (15) aufnehmende Druckschraube (27) mit einer Ventilplatte (28) verspannt ist, welche den Flachsitz (25) für das dem Kegelsitz (24) abgewandte Ventilnadelende trägt, und die außerdem Verbindungskanäle (29) zur Leckkraftstoffleitung (12) sowie eine zentrale Bohrung (32) aufweist, durch die hindurch die Ventilnadel (23) des Umschaltventils (15) mit der sie beaufschlagenden Feder (16) in Verbindung steht, ι

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (16) an einem zapfenförmigen, die zentrale Bohrung (32) durchsetzenden Ansatz (31) am flachsitzseitigen Ende der Ventilnadel (23) des Umschaltventils (15) angreift, und daß die in der Ventilplatte (28) verlaufenden Verbindungskanäle (29), von der zentralen Bohrung

(32) abgehend, in einen ringförmigen Kanal (33) münden, an den die Leckkraftstoffleitung (12) angeschlossen ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Kanal

(33) durch Abschrägung einer Kante am Umfang der Ventilplatte (28) gebildet wird.