INJECTION NOZZLE FOR INJECTION INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Abstract: 1. Injection device for injection internal combustion engines with a pump (3) for supplying the jet with fuel under pre-determined pressure, in which the jet needle (18) immerses in a space (12) that can be filled with fuel under pressure and is held in the closed position by the pressure in this space and a spring (17), whereby the immersion space (12) of the jet needle (18) is connected by means of an outwardly opening non-return valve (13) with a high-pressure space (14) and with a jet needle space (16), whereby the surface of the jet needle (18) effective in the opening phase multiplied by the pump pressure is smaller than the sum of the surface effective in the closed phase of the jet needle (18) multiplied by the pump pressure and the force of the jet needle spring (17) effective in the closed phase, whereby one and of a high-pressure piston (20) immerses in the high-pressure space (14), the other end of which immerses in a control space (19), in which a control piston (10) pressurised with pump pressure is driven, whereby the effective section of the control piston (10) is greater than the effective section of the high-pressure piston (20) and the control piston (10) during the injection process operates together force-coupled with the high-pressure piston (20), characterised in that the supply of fuel into the high-pressure space (14) takes place through the immersion space (12) of the jet needle spring and the non-return valve (13) which is provided in the connecting pipe between the immersion space (12) and the high-pressure space (14), that the control piston (10) can also be pressurised on its side turned away from the control space (19) with the pump pressure, that the control space (19) is connected by a throttle (23) with the working space (9) of the control piston (10) and that the control space (19) can be connected to the return pipe to initiate an injection process by the release of pressure through a controllable valve (24).

Description: Einspritzdüse für Einspritzbrennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzdüse für Einspritzbrennkraftmaschinen mit einer Pumpe zur Versorgung der Düse mit Kraftstoff unter vorbestimmtem Druck, bei welcher die Düsennadel in einen mit Kraftstoff unter Druck füllbaren Raum eintaucht und durch den Druck in diesem Raum und eine Feder in Schliessstellung gehalten und durch Druckentlastung dieses Raumes öffenbar ist. Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise der DE-OS 27 56 088 zu entnehmen. Bei dieser bekannten Einrichtung erfolgt die Füllung des Düsennadelraumes in Abhängigkeit von der Betätigung eines Mehrwegeventiles, wobei in einer Stellung dieses Mehrwegeventiles der Füllvorgang beendet und gleichzeitig eine Druckentlastung des Eintauchraumes erfolgt. Mit dieser bekannten Einrichtung kann der Kraftstoff immer nur unter demjenigen Druck eingespritzt werden, unter welchem er dem Speicherraum bzw. dem Düsennadeiraum zur Verfügung gestellt wird. Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einspritzdüse der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher der Einspritzvorgang in einfacher Weise in Abhängigkeit von Betriebsgrössen gesteuert werden kann und die Einspritzung selbst unter einem gegenüber dem Pumpendruck erhöhten Druck erfolgen kann. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, dass der Eintauchraum der Düsennadel über ein nach aussen öffnendes Rückschlagventil mit einem Hochdruckraum in Verbindung steht, dass der Hochdruckraum mit einem Düsennadelraum in Verbindung steht, wobei die im öffnungssinne wirksame Fläche der Düsennadel multipliziert mit dem Pumpendruck kleiner ist als die Summe der im Schliesssinne wirksamen Fläche der Düsennadel multipliziert mit dem Pumpendruck und der im Schliesssinne wirkenden Kraft der Düsennadelfeder, dass in den Hochdruckraum ein Ende eines Hochdruckkolbens eintaucht, dessen anderes Ende in einen Steuerraum eintaucht, dass im Steuerraum ein Steuerkolben geführt ist, dass der Steuerkolben an seiner dem Steuerraum abgewandten Seite mit dem Pumpendruck beaufschlagbar ist, wobei der wirksame Querschnitt des Steuerkolbens grösser ist als der wirksame Querschnitt des Hochdruckkolbens, dass der Steuerraum über eine Drossel mit dem Arbeitsraum des Steuerkolbens verbunden und über ein steuerbares Ventil mit der Rücklaufleitung verbindbar ist, und dass der Steuerkolben bei geöffnetem steuerbaren Ventil kraftschlüssig mit dem Hochdruckkolben zusammenwirkt. Dadurch, dass der Eintauchraum der Düsennadel über ein in Richtung zu einem Hochdruckraum öffnendes Rückschlagventil mit einem Hochdruckraum in Verbindung steht, wird es ermöglicht, den Druck in diesem Hochdruckraum durch einen gesonderten Hochdruckkolben zu erhöhen, wobei in diesem Falle das Rückschlagventil schliesst. Die Erhöhung des Druckes in dem Hochdruckraum erfolgt dadurch, dass der Hochdruckkolben in einen Steuerraum eintaucht, welcher selbst wiederum mit dem Pumpendruck über eine Drossel beaufschlagbar ist. Durch Druckentlastung dieses Steuerraumes kann ein entsprechend grösser bemessener Steuerkolben in Anschlag an den Hochdruckkolben gebracht werden und je nach gewählter Flächendifferenz des Hochdruckkolbens und der wirksamen Fläche des Steuerkolbens erfolgt bei einer Druckentlastung des Steuerraumes ein entsprechender Druckaufbau im Hochdruckraum. Ein Abheben der Düsennadel erfolgt nun aufgrund des erhöhten Kraftstoffdruckes im Hochdruckraum, wobei diese Druckerhöhung mittelbar durch die Druckentlastung Steuerraumes ausgelöst wurde. Durch Druckentlastung des Steuerraumes wird somit die Druckerhöhung und die Öffnung der Düsennadel gesteuert. steuerbare Ventil, welches mit dem Steuerraum in Verwindung steht, kann hiebei in an sich bekannter Weise als Magnetventil ausgebildet sein. Um eine stoss freie Anlage des Hochdruckkolbens am Steuerkolben sicherzustellen, ist die Ausbildung in vorteilhafter Weise so getroffen, dass der Hochdruckkolben federnd in Richtung zum Steuerkolben gedrückt ist. Der Eintauchraum der Düsennadel kann in konstruktiv besonders einfacher Weise auch die Düsennadelfeder aufnehmen und als Düsennadelfederraum ausgebildet sein. Um ein exaktes Schliessen der Düsennadel nach Einspritzen eines vorbestimmten Volumens sicherzustellen, ist die Ausbildung in vorteilhafter-Weise so getroffen, dass der Hochdruckkolben wenigstens eine einseitig geschlossene axiale Bohrung und wenigstens eine mit dieser axialen Bohrung in Verbindung stehende radiale Bohrung aufweist, wobei das offene Ende der axialen Bohrung in den Hochdruckraum mündet, und die radiale Bohrung nach einem vorbestimmten Hub des Hochdruckkolbens mit der Druckleitung der Pumpe oder der Rücklaufleitung verbindbar ist. Auf diese Weise wird der Einspritzvorgang dadurch beendet, dass der Kraftstoffdruck im Hochdruckraum auf ein Niveau abgesenkt wird, bei welchem die Gleichgewichtslage einen Schliessvorgang der Düsennadel erzwingt. Ein besonders rasches Schliessen der Düsennadel kann dadurch erzielt werden, dass das Druckgleichgewicht nicht gegen die Druckleitung der Pumpe, sondern durch Ableiten des Druckes in die Rücklaufleitung hergestellt wird. Da der Druckabbau im Steuerraum nicht nur den Aufbau eines gegenüber dem Pumpendruck erhöhten Druckes, sondern gleichzeitig auch die Auslösung des Öffnungshubes der Düsennadel steuert, kann in einfacher Weise eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, welche in Abhängigkeit von Betriebsgrössen, wie z.B. Drehzahlladedruck oder Temperatur oder Motorlast, ein Signal für die Erregung des Magnetventiles abgibt. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine erste Ausbildungsform der erfindungsgemässen Einspritzdüse schematisch im Schnitt, Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform der Einspritzdüse ohne die in Fig. 1 dargestellte Versorgung mit Kraftstoff unter Druck und die Steuereinrichtung und Fig. 3 den elektrischen Signal-, Ventil-, Hochdruckkolbenhub- und Nadelhubverlauf in Abhängigkeit von der Zeit. In Fig. 1 ist mit 1 ein Kraftstoffbehälter bezeichnet, aus welchem unter Zwischenschaltung eines Kraftstoffilters 2 über eine Hochdruckpumpe 3 Kraftstoff abgezogen wird und in einen Druckbehälter 4 gepumpt wird. Mit 5 ist ein Drucksteuermechanismus bezeichnet, über welchen der Druck im Druckbehälter 4 konstant gehalten wird. Die Steuerung erfolgt durch eine elektronische Steuereinheit, welche mit 6 bezeichnet ist. Uber eine Leitung 7 gelangt der Kraftstoff unter Druck zur Einspritzeinheit 8, und zwar zunächst in einen Speicherraum 9c in welchem ein Steuerkolben 10 geführt ist. Aus dem Speicherraum 9 gelangt der Kraftstoff über Bohrungen 11 in den Düsennadelfederraum 12. Bei geöffnetem Rückschlagventil 13 tritt der Kraftstoff in einen Hochdruckraum 14 aus und gelangt über Bohrungen 15 aus diesem Hochdruckraum in den Düsennadelraum 16. Die Düsennadelfeder 17 ist hiebei so bemessen, dass die auf die Düsennadel 18 im Öffnungssinne ausgewirkten Kräfte kleiner sind als die im Schliesssinne wirkenden Kräfte, wobei die im Schliesssinne wirkenden Kräfte sich aus der Kraft der Feder 17 und den auf die Düsennadel im Schliesssinne durch den Flüssigkeitsdruck auf das in den Düsennadelfederraum 12 eintauchende Ende der Düsennadel 18 ausgeübten Kräften zusammensetzen. Zwischen dem Hochdruckraum 14 und einem Steuerraum 19 ist ein Hochdruckkolben 20 angeordnet. Ein Ende dieses Hochdruckko'bens 20 taucht in den Steuerraum 19 ein und wird durch -'J - Feder 21 in Anlage an den Steuerkolben 10 gehalten. Die in Richtung zum Hochdruckraum 14 wirksame Fläche des Hochdruckkolbens 20 ist hiebei kleiner als die vom Kraftstoffdruck beaufschlagte Fläche 22 des Steuerkolbens 10. Der Speicherraum 9 ist über eine Drossel 23 mit dem Steuerraum 19 verbunden und der Steuerraum 19 ist durch ein elektromagnetisch betätigbares Ventil 24 abgeschlossen. Sobald über die Drossel 23 ein Druckausgleich zwischen dem Speicherraum 9 und dem Steuerraum 19 hergestellt ist, kann die Kraft der Feder 21 nicht mehr überwunden werden und der Hochdruckkolben bleibt in einer Ausgangslage in Anlage an den Steuerkolben 10. Sobald das elektromagnetische Ventil 24 betätigt wird, erfolgt aufgrund des langsamen Zustromes von Kraftstoff über die Drossel 23 ein rasches Absinken des Druckes im Steuerraum 19 und die auf die Fläche 22 des Steuerkolbens 10 wirksamen Kräfte ermöglichen das Uberdrücken der Feder 21, wobei der Hochdruckkolben einen Hub h ausüben kann. Aufgrund der geringeren Querschnittsfläche des Hochdruckkolbens relativ zu der durch den Kraftstoffdruck beaufschlagten Fläche 22 des Steuerkolbens 10 wird im Hochdruckraum 14 nunmehr ein gegenüber dem Kraftstoffdruck erhöhter Druck aufgebaut, wobei das Rückschlagventil 13 schliesst. Der erhöhte Kraftstoffdruck im Hochdruckraum 14 ermöglicht das öffnen der Düsennadel 18 gegen den relativ zu diesem Druck geringeren Kraftstoffdruck im Düsennadelfederraum 12 und gegen die Kraft der Düsennadelfeder 17. Auf diese Weise wird der Einspritzvorgang ausgelöst und der Öffnungshub der Düsennadel ermöglicht. Der Schliessvorgang der Düsennadel 18 wird dadurch bestimmt, dass der Druck im Hochdruckraum 14 zumindest auf das Druckniveau im Düsennadelfederraum 12 absinkt. Dies erfolgt nach beendeter Einspritzung und der Hochdruckkolben 20 ist so ausgebildet, dass er in seinem Inneren eine einseitig offene axiale Bohrung 25 und an diese anschliessende radiale Bohrungen 26 aufweist. Der Hub des Hochdruckkolbens bis zum Uberschleifen der Bohrungen 26 mit mit diesen Bohrungen fluchtenden Bohrungen 27 wird durch hf bezeichnet. Sobald dieser Hub vom Hochdruckkolben 20 ausgeführt ist, wird der Druck im Hochdruckraum 14 über die axiale Bohrung 25 und die radiale Bohrung 26 gegenüber dem Zuführungsdruck der Pumpe 3 ausgeglichen, wodurch sich das Druckgleichgewicht so verschiebt, dass die Düsennadelfeder 17 die Düsennadel 18 wiederum in ihre Schliesslage bewegt. Die Einspritzmenge wird hiebei durch den Förderhub hf des Hochdruckkolbens 20 definiert. Nach dem Spritzende bewegen sich sowohl der Hochdruckkolben 20 als auch der Steuerkolben 10 bis zur Anschlagfläche 28 des Steuerkolbens 10 weiter, solange das Ventil 24 geöffnet bleibt. Sobald das Ventil 24 geschlossen wird, steigt der Druck im Steuerraum 19 aufgrund der Zuführung von Kraftstoff unter Druck über die Drosselbohrung 23. Bei Erreichen eines bestimmten Druckes in diesem Steuerraum 19 wird der Steuerkolben 10 wiederum über seinen Hub h nach oben bewegt, wobei der Hochdruckkolben 20 auf Grund der Kraft der Feder 21 diesem Hub h folgt. Der Hub h wird hiebei durch die Dauer, über welche das Ventil 24 geschlossen bleibt, definiert, da, sobald dieses Ventil 24 geöffnet wird, durch den Druckabfall wiederum ein Hub in die Gegenrichtung ausgelöst wird. Die Dauer des Verbleibens des Ventils 24 in geschlossenem Zustand definiert somit den Hub h des Steuerkolbens 10 und damit die Zumessung der Einspritzmenge. Die Ausbildung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausbildung nach Fig. 1 lediglich dadurch, dass die Querbohrung 27 des Hochdruckkolbens 20 nach Durchlaufen des Hubes hf mit einer Bohrung 30 fluchtet, welche in den Steuerraum 19 mündet. Da der Steuerraum 19 zu diesem Zeitpunkt drucklos ist und aufgrund des geöffneten Magnetventiles 24 mit dem Rücklauf in Verbindung steht, erfolgt hier ein überaus rasches Entlasten des Druckes im Hochdruckraum 14 und damit ein schnelleres Schliessen der Düsennadel. Weiters ist bei der Ausbildung nach Fig. 2 das Magnetventil 24 anders ausgebildet. Im Gegensatz zur Ausbildung nach Fig. 1 erfolgt die Zumessung der Kraftstoffmenge dann, wenn das Ventil 24 elektrisch erregt ist, da der Schliesskörper 31 dieses Ventiles 24 nur bei elektrischer Erregung in der Schliesslage ist. Derrggenüber ist das elektromagnetische Ventil 24 gemäss Fig. 1 im Ruhezustand in der Schliesslage und es erfolgt die Zumessung der Einspritzmenge über denjenigen Zeitraum, über welchen das Ventil 24 gemäss Fig. 1 stromlos ist. Die Vorgänge, wie sie steuersignalseitig, bezüglich des Ventilhubes, der Kolbenhübe, und des Nadelhubes bei der Ausbildung nach Fig. 2 in zeitlicher Abfolge ablaufen, sind in Fig. 3 für zwei unterschiedliche Einspritzmengen schematisch erläutert. Da die Ausbildung des elektromagnetischen Ventiles so getroffen ist, dass die Zumessung durch die Länge des elektrischen Signales definiert ist, erfolgt bei Vorliegen eines Steuersignales ein Ventilhub und damit ein Schliessvorgang des elektromagnetischen Ventiles 24. Die ausgezogene Linie entspricht hiebei der Zumessung einer grösseren Einspritzmenge, wohingegen die strichlierte kürzerer Signaldauer dem kürzeren Ventilhub bzw. einer geringeren Einspritzmenge entsprechen. Je nach Dauer des Signales bzw. des Verbleibes des elektromagnetischen Ventiles 24 in der Schliesslage kann der Hochdruckkolben 20 einen Hub hfl oder einen Hub hf2 ausführen, wobei der kleinere Hub naturgemäss einer geringeren Einspritzmenge und damit einer verkürzten Einspritzzeit entspricht. Der Nadelhub der Düsennadel 18 ist gleichfalls in Fig. 3 dargestellt und bei einer grösseren Einspritzmenge ergibt sich eine Vorverlegung des Einspritzbeginnes relativ zur Einspritzung einer geringeren Einspritzmenge. Der einem Hub hfl entsprechende Einspritzbeginn wird durch die Zeit tl und der bei einem kleineren Kolbenhub h f2 erfolgende Einspritzbeginn mit t2 bezeichnet. Mit OT ist hiebei der obere Totpunkt als Bezugspunkt für den zeitlichen Ablauf eingetragen.

Claims: Patentansprüche: 1. Einspritzdüse für Einspritzbrennkraftmaschinen, mit einer Pumpe (3) zur Versorgung der Düse mit Kraftstoff unter vorbestimmtem Druck, bei welcher die Düsennadel (18) in einen mit Kraftstoff unter Druck füllbaren Raum (12) eintaucht und durch den Druck in diesem Raum und eine Feder (17) in Schliessstellung gehalten wird und durch Druckentlastung dieses Raumes (12) öffenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintauchraum (12) der Düsennadel (18) über ein nach aussen öffnendes Rückschlagventil (13)- mit einem Hochdruckraum (14 in Verbindung steht, dass der Hochdruckraum (14) mit einem Düsennadelraum (16) in Verbindung steht, wobei die im Off- nungssinne wirksame Fläche der Düsennadel (18) multipliziert mit dem Pumpendruck kleiner ist als die Summe der im Schliesssinne wirksamen Fläche der Düsennadel (18) multipliziert mit dem Pumpendruck und der im Schliesssinne wirkenden Kraft der Düsennadelfeder (17), dass in den Hochdruckraum (14) ein Ende eines Hochdruckkolbens (20) eintaucht, dessen anderes Ende in einen Steuerraum (19) eintaucht, dass im Steuerraum (19) ein Steuerkolben (10) geführt ist, dass der Steuerkolben (10) an seiner dem Steuerraum (19)abgewandten Seite mit dem Pumpendruck beaufschlagbar ist, wobei der wirksame Querschnitt des Steuerkolbens (10) gröBer ist als der wirksame Querschnitt des Hochdruckkolbens (20), dass der Steuerraum (19) über eine Drossel (23) mit dem Arbeitsraum (9) des Steuerkolbens (10) verbunden und über ein steuerbares Ventil (24) mit der Rücklaufleitung verbindbar ist, und dass der Steuerkolben (10) bei geöffnetem steuerbaren Ventil (24) kraftschlüssig mit dem HocHdruckkolben (20) zusammenwirkt. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das steuerbare Ventil in an sich bekannter Weise als Magnetventil (24) ausgebildet ist. 3. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkolben (20) federnd in Richtung zum Steuerkolben (10) gedrückt ist. 4. Einspritzdüse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintauchraum (12) der Düsennadel (18) als Düsennadelfederraum ausgebildet ist. 5. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkolben (20) wenigstens eine einseitig geschlossene axiale Bohrung (25) und wenigstens eine mit dieser axialen Bohrung (25) in Verbindung stehende radiale Bohrung (26) aufweist, wobei das offene Ende der axialen Bohrung (25) in den Hochdruckraum (14) mündet, und die radiale Bohrung (26)- nach einem vorbestimmten Hub des Hochdruckkolbens (20) mit der Druckleitung (27) der Pumpe (3) oder der Rücklaufleitung (30) verbindbar ist. 6. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (6) vorgesehen ist, welche in Abhängigkeit von Betriebsgrössen wie z.B. Drehzahl, Ladedruck, Motortemperatur oder Motorlast ein Signal für die Erregung des Magnetventiles (24) abgibt.

Inventors: HLOUSEK, JAROSLAW, DIPL. -ING.
Applicants: VOEST-ALPINE AUTOMOTIVE GESELLSCHAFT M.B.H.
Application year: 1985
Main classification: F02M47
IPC codes: F02M63, F02M57, F02M61, F02M59