Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen

Abstract

 Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, für Vor- und Haupteinspritzung, mit einer nach innen öffnenden Ventilnadel (18), die von einer Schließfeder (28) und nach einem Vorhub (h_v) zusätzlich von einem vom Kraftstoff beaufschlagten Kolben (36) in Schließrichtung belastet ist. Der Kolben (36) ist in einer zwischen Düsenkörper (10) und Haltekörper (16) eingespannten Zwischenscheibe (12) verschiebbar geführt, an der auch ein ge­häusefester Anschlag (44) zur Begrenzung des Gesamthubes (h_g) der Ventilnadel gebildet ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Einspritzdüse nicht oder nur unwesentlich länger als eine Einspritzdüse ohne zusätzlichen Kolben ausgeführt sein muß und daß die Maßtoleranzen des Vorhubes (h_v) und Gesamt­hubes (h_g) der Ventilnadel (18) mit vertretbaren Fertigungs­aufwand extrem klein gehalten werden können.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritz­düse nach der Gattung des Hauptanspruchs. Einspritzdüsen dieser Gattung dienen der gezielten Voreinspritzung durch Vorhubsteuerung zur Senkung des Verbrennungsgeräusches. Bei einer bekannten Einspritzdüse der eingangs genannten Gattung (DE-A1 27 11 902) ist der zweite Druckraum und der Kolben, der nach einem Vorhub der Ventilnadel eine zusätzliche Schließkraft auf diese ausübt, zwischen der die Schließfeder aufnehmenden Kammer und dem Kraftstoff-­Anschlußstutzen im Haltekörper angeordnet. Der Kolben ist mit einem Stößel fest verbunden, welcher durch die Schließ­feder hindurch bis auf das Vorhubmaß an ein Druckstück heran­geführt ist, über welches die Schließfeder auf die Ventil­nadel einwirkt. Diese Anordnung des zweiten Druckraumes und des Kolbens bedingt eine axiale Verlängerung der Einspritz­düse gegenüber einer Ausführung ohne zusätzlichen Kol­ben zur Vorhubsteuerung. Außerdem sind die Istwerte von Vorhub und Gesamthub von einer Vielzahl von Toleranzen an verschiedenen Teilen der Einspritzdüse beeinflußt, so daß die geforderte enge Tolerierung der Hübe einen er­höhten Fertigungsaufwand bedingt.

[0002] Ferner sind Einspritzdüsen für Vor- und Haupteinspritzung bekannt (DE-A1 25 55 019), bei denen in der Zwischenschei­be vom Kraftstoff in Öffnungsrichtung der Ventilnadel be­aufschlagte stiftförmige Kolben verschiebbar gelagert sind, welche während des Vorhubes der Ventilnadel der Schließ­feder entgegenwirken und am Ende des Vorhubs an gehäuse­festen Schultern abgefangen werden. Bei dieser Ausführung muß die Schließfeder so stark bemessen sein, daß sie in der Haupteinspritzphase die volle Schließkraft allein auf­bringt.

Vorteile der Erfindung

[0003] Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß für den Haltekörper und den Düsenkörper herkömmliche Teile ohne jede Abänderung verwendet werden können und daß die Einspritzdüse nicht oder nur unwesentlich gegenüber einer herkömmlichen Ausführung ohne zusätzlichen Kolben verlängert werden muß. Ferner sind bei der erfindungsge­mäßen Ausführung weniger Teile und Abmessungen für die Größe des Vorhubs und des Gesamthubes der Ventilnadel maß­gebend als bei einer Einspritzdüse der gattungsmäßigen Art, so daß die exakte Einhaltung der vorgeschriebenen Hubwer­te geringere fertigungstechnische Probleme als bei der bekannten Ausführung aufwirft.

[0004] Durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Haupt­anspruch möglich.

[0005] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die mit der Ventilnadel zusammenarbeitende Anschlagschulter am zusätzlichen Kolben gegenüber dessen mit dem ersten gehäusefesten Anschlag zu­ sammenarbeitende Anschlagschulter um das Maß des Vorhubes zurückversetzt ist. In diesem Falle kann die obere, ebene Stirnseite des Düsenkörpers in einem Arbeitsgang mit der ebenen, zapfenlosen oberen Stirnseite der in den Düsen­körper eingesteckten Ventilnadel mit einem Werkzeug in einem Arbeitsgang fertigbearbeitet werden.

Zeichnung

[0006] Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­bung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel, Figur 2 vergrößert einen Ausschnitt aus Figur 1, Figur 3 eine Variante zur Ausführung nach den Figuren 1 und 2 die Figuren 4 und 5 das zweite und dritte Ausführungsbeispiel je anhand eines der Figur 2 entsprechenden Schnittbildes, und die Figur 6 eine Variante des dritten Ausführungsbeispiels nach Figur 5.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0007] Die Einspritzdüse nach den Figuren 1 und 2 hat einen Düsen­körper 10, der zusammen mit einer Zwischenscheibe 12 durch eine Überwurfmutter 14 an einem Haltekörper 16 festge­spannt ist. Im Düsenkörper 10 ist eine Ventilnadel 18 ver­schiebbar gelagert, die mit einem nach innen gekehrten Ven­tilsitz im Düsenkörper 10 zusammenarbeitet, der mehreren Spritzöffnungen 20 vorgelagert ist. Die Führungsbohrung der Ventilnadel 18 ist wie üblich an einer Stelle zu einem Druckraum erweitert, in dessen Bereich die Ventilnadel 18 eine Druckschulter hat und der über einen Kanal 22 und einen Filterkörper 23 mit einem Stutzen 24 am Haltekörper 16 zum Anschließen einer Kraftstoffleitung verbunden ist. Der an der Druckschulter der Ventilnadel 18 angreifende Kraftstoff schiebt die Ventilnadel 18 entgegen dem abge­stuften Kraftverlauf einer im folgenden beschriebenen Schließkraftanordnung nach oben, wobei der Kraftstoff in einer Voreinspritzphase und einer Haupteinspritzphase durch die Spritzöffnungen 20 ausgespritzt wird.

[0008] Im Haltekörper 16 ist eine Kammer 26 zur Aufnahme einer Schließfeder 28 gebildet, die sich über eine Scheibe 30 am Boden der Kammer 26 abstützt und über ein Druckstück 32 und einen die Zwischenscheibe 12 durchsetzenden Druck­bolzen 34 ständig auf die Ventilnadel 18 einwirkt. In der Zwischenscheibe 12 ist ein Kolben 36 dicht, jedoch ver­schiebbar gelagert, der zwei im Durchmesser unterschied­lich große Abschnitte 38, 40 hat, zwischen denen eine Ring­schulter 42 gebildet ist.

[0009] Die entsprechend geformte Bohrung in der Zwischenscheibe 12 ist mit einer Ringschulter 44 versehen, die mit der Ringschulter 42 am Kolben 36 einen zweiten Druckraum 46 begrenzt. In seiner untersten Stellung liegt der Kolben 36 mit seiner unteren Stirn­seite 48 an der oberen Stirnseite 50 des Düsenkörpers 10 auf. In dieser Stellung des Kolbens 36 entspricht der Abstand zwi­schen den Ringschultern 42 und 44 dem Gesamthub h_g vermindert um einen Vorhub h_v und der Abstand zwischen der Stirnseite 48 des Kolbens 36 und der ebenen, zapfenlosen Stirnseite 52 der sich in Schließstellung befindenden Ventilnadel 18 dem Vorhub h_v. Der Druckraum 46 ist über eine Bohrung 54 mit dem Kanal 22 verbunden.

[0010] Beim Öffnungshub führt die Ventilnadel 18 zunächst den Vor­hub h_v aus, bei welchem der Kraftstoff im Druckraum des Düsenkörpers 10 nur die Gegenkraft der Schließfeder 28 zu überwinden hat. Am Ende des Vorhubes stößt die Ventilnadel 18 am Kolben 36 an, der die Weiterbewegung der Ventilnadel 18 stoppt, bis der Kraftstoffdruck so weit angestiegen ist, daß seine in Öffnungsrichtung auf die Ventilnadel ausgeübte Kraft die Kraft der Schließfeder 28 und die auf die Ring­schulter 42 einwirkende hydraulische Schließkraft über­steigt. Danach wird die Ventilnadel 18 samt Kolben 36 nach oben bewegt, bis die Ringschultern 42, 44 am Kolben 36 und an der Zwischenscheibe 12 aneinander zur Anlage kommen. Beim Schließhub spielen sich die Vorgänge in umgekehrter Reihen­folge ab.

[0011] Die beschriebene Anordnung hat den Vorteil, daß der zusätz­liche Kolben 36 keinen zusätzlichen Platz in Längsrichtung der Einspritzdüse benötigt und daß der Resthub h_g - h_v der Ventilnadel 18 allein durch die axialen Lagetoleranzen der Ringschulter 42, 44 am Kolben 36 und der Zwischenscheibe 12 beeinflußt wird.

[0012] Bei der Variante nach Figur 3 ist die Ventilnadel 18a so ausgebildet, daß in ihrer Schließstellung die obere Stirn­seite 52a in der Ebene der oberen Stirnseite 50 des Düsen­körpers 10 liegt, so daß beide Teile durch ein Werkzeug gemeinsam fertigbearbeitet werden können. Das Vorhub­spiel wird in diesem Fall dadurch erhalten, daß ein innerer Ringflächenabschnitt 48a der unteren Stirnseite des Kolbens 36a gegenüber dem verbleibenden äußeren Ring­flächenabschnitt 48b dieser Stirnseite um das Maß des Vor­hubes h_v zurückgesetzt ist. Bei dieser Ausbildung des Kol­bens 36a wird das Istmaß des Vorhubes lediglich durch Tole­ranzen am Kolben 36a beeinflußt, die werkzeuggebunden sind und daher extrem klein gehalten werden können. Ferner weicht die Variante nach Figur 3 von der Ausführung nach den Figuren 1 und 2 dadurch ab, daß der Druckbolzen 34a einstückig an das Druckstück 32a angeformt ist.

[0013] Bei der Einspritzdüse nach Figur 4, deren grundsätzlicher Auf­bau mit jenem nach Figur 1 übereinstimmt, ist in einer Zwischen­scheibe 56 eine außen und innen glattzylindrisch ausgeführte Kolbenbuchse 58 in einer entsprechend geformten ringzylin­drischen Ausnehmung der Zwischenscheibe 56 verschiebbar ge­führt. In dieser Ausnehmung ist über der oberen Stirnseite 60 der Kolbenbuchse 58 ein Druckraum 62 gebildet, der über eine Bohrung 64 mit dem Kanal 22 verbunden ist. Der Kraftstoffdruck im Druckraum 62 drückt die Kolbenbuchse 58 an die obere Stirn­seite 50 des Düsenkörpers 10 an, die um das Vorhubmaß h_v über der oberen Stirnseite 52 der Ventilnadel 18 liegt.

[0014] Der Innendurchmesser der Kolbenbuchse 58 ist kleiner als der Durchmeser der Ventilnadel 18, so daß die Ventilnadel 18 nach Zurücklegung des Vorhubes h_v an die untere Stirn­seite 66 der Kolbenbuchse 58 anstößt und diese nach der ge­wünschten Druckstufe im Öffnungsdruckverlauf des Kraftstoffs nach oben mitnimmt. Der Gesamthub h_g der Ventilnadel 18 wird durch den inneren Kragen 68 der Zwischenscheibe 56 begrenzt, der den Druckbolzen 34 umgibt und gegenüber der unteren Stirnseite der Zwischenscheibe 56 entsprechend zurückgesetzt ist.

[0015] Die Einspritzdüse nach Figur 5 unterscheidet sich von jener nach Figur 4 im wesentlichen dadurch, daß anstelle der Kol­benbuchse 58 ein Kranz von stiftartigen Einzelkolben 70 vor­gesehen ist, deren Führungsbohrungen oben in einen ringför­migen Druckraum 72 einmünden. Dieser ist durch eine entsprech­ende Vertiefung in der oberen Stirnseite einer Zwischenscheibe 74 gebildet, welche durch eine Deckelplatte 76 abgeschlossen ist und über eine Nut 78 mit dem Kanal 22 in Verbindung steht. Die Einzelkolben 70 üben die gleiche Funktion wie die Kolben­buchse 58 nach Figur 4 aus und der Gesamthub h_g der Ventil­nadel 18 wird auch hier durch einen zurückgesetzten inneren Ringflächenabschnitt 80 der Zwischenbuchse 74 begrenzt.

[0016] Bei der Variante nach Figur 6 liegt wie bei der Variante nach Figur 3 die obere Stirnseite 52a der Ventilnadel 18a in deren Schließstellung in der Ebene der oberen Stirnseite 50 des Düsenkörpers 10. Um den Vorhub h_v zu erhalten, sind die Ein­zelkolben 70a mit Nasen 62 versehen, welche in der unteren End­stellung der Einzelkolben 70a auf der Stirnseite 50 des Düsen­körpers 10 aufliegen und die in den Weg der Ventilnadel 18a hineinragenden Stirnflächenbereiche 84 der Einzelkolben 70 um das Maß h_v über der Stirnseite 50 halten.

[0017] Die bei der Variante nach Figur 6 getroffene Maßnahme könnte in äquivalenter Form auch bei der Kolbenbuchse 58 nach Figur 4 vorgesehen sein, z.B. durch eine Eindrehung an deren unterer Stirnseite. Dadurch ist erreicht, daß auch dort die oberen Stirnseiten von Düsenkörper 10 und Düsennadel 18 gemeinsam be­arbeitet werden können. Wenn nur zwei sich diametral gegenüber­liegende Einzelkolben 70 bzw. 70a vorgesehen werden, kann auf die Anordnung einer Deckelplatte 76 verzichtet werden, wenn zur Aufnahme der Einzelkolben 70 bzw. 70a Sackbohrungen vorge­sehen werden, die je um 90° gegenüber dem Kanal 22 versetzt angeordnet und über Einselbohrungen mit diesen verbunden werden.

Ansprüche

1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit einem Düsenkörper, in welchem eine nach innen öffnende Ventilnadel verschiebbar gelagert ist und der über eine Zwischenscheibe an einem Haltekörper festgespannt ist, in welchem eine Kammer zur Aufnahme einer Schließfeder gebil­det ist, die über eine die Zwischenscheibe durchsetzende Druckübertragungseinrichtung auf die Ventilnadel im Schließsinn einwirkt, ferner mit einem ersten Druckraum, in welchem der Kraftstoff an einer Druckschulter der Ventilnadel im Öffnungssinn auf diese einwirkt, sowie mit einem zweiten Druckraum für einen vom Kraftstoff in Schließrichtung der Ventilnadel beaufschlagten und in deren Schließstellung gegen einen ersten gehäuse­festen Anschlag gedrückten Kolben, an welchem die Ven­tilnadel nach Zurücklegung eines Vorhubs zur Anlage kommt, wonach bei weiterem Ansteigen des Kraftstoffs­druckes um eine vorgegebene Druckstufe die Ventilnadel samt dem Kolben in Öffnungsrichtung bis zu einem zwei­ten gehäusefesten Anschlag weiterbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der nach Zurücklegung des Vorhubes (h_v) der Ventilnadel (18) eine Zusatzkraft auf diese aus­übende Kolben (36, 58 70) in der Zwischenscheibe (12, 56, 74) verschiebbar gelagert und der zweite Druckraum (46, 62, 72) in der Zwischenscheibe (12, 56, 74) gebildet ist.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste gehäusefeste Anschlag, gegen welchen der Kolben (36, 58, 70) durch den Kraftstoff im zweiten Druck­raum (46, 62, 72) gedrückt ist, durch die obere Stirn­seite (50) des Düsenkörpers (10) gebildet ist.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß der zweite gehäusefeste Anschlag (46, 68, 80) an der Zwischenscheibe (12, 56, 74) gebildet ist.

4. Einspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite gehäusefeste Anschlag (44, Figur 2 und 3) mit einer Druckschulter (42) am Kolben (36, 36a) zusammen­wirkend den zweiten Druckraum (46) in der Zwischenscheibe (12) begrenzt.

5. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (36, 36a, 58, Figuren 2 bis 4) als Ringkörper ausgebildet ist, der den die Zwischen­scheibe (12, 56) durchsetzenden Teil (34, 34a) der Druck­übertragungseinrichtung (32, 34 bzw. 32a, 34a) der Schließ­feder (28) vorzugsweise konzentrisch umgibt.

6. Einspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (36, 36a, Figuren 2 und 3) und die ihn auf­nehmende Bohrung in der Zwischenscheibe (12) abgestuft sind und der zweite Druckraum (46) von den an den Stufen gebil­deten Ringschultern (42, 44) an Kolben (36, 36a) und Zwischen­scheibe (12) begrenzt ist.

7. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben durch einen außermittig ange­ordneten Kolben oder durch die Gesamtheit mehrerer um die Düsenachse verteilter Einzelkolben (70, Figur 5) gebildet ist.

8. Einspritzdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des zweiten Druckraums (72) die Zwischenscheibe (74) an der oberen Stirnseite mit einer durch eine Deckel­platte (76) nach außen abgeschlossenen Vertiefung versehen ist, in welche die die Einzelkolben (70) aufnehmenden Bohrungen sowie eine vom Kraftstoffkanal (72) abzweigende Nut (78) in der oberen Stirnseite der Zwischenplatte (74) einmünden.

9. Einspritzdüse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­net, daß der zweite gehäusefeste Anschlag an einem vertieft angeordneten inneren Ringflächenabschnitt (80) an der unteren Stirnseite der Zwischenscheibe (74) gebildet ist.

10. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Ventilnadel (18a) zusammenarbeitende Anschlagschulter (48a, 84, Figuren 3 und 6) am Kolben (36a, 70a) gegenüber dessen mit dem ersten ge­häusefesten Anschlag (50) zusammenarbeitenden Anschlag­schulter (48b, 82) um das Maß des Vorhubes (h_v) nach oben zurückversetzt ist.

Zeichnung