[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzdüse mit Nadelhubsensor nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
[0002] Eine Einspritzdüse dieser Art ist beispielsweise aus der DE-OS 29 32 480 bekannt
geworden. Bei dieser Düse umgibt die Induktionsspule einen Teil des Druckbolzens und
einen Teil des Druckzapfens der Düsennadel, wobei diese Teile den Kern der Spule bilden.
Bei Bewegung der Düsennadel wird der Druckbolzen ein wenig aus der Spule heraus bewegt,
wodurch sich die Reluktanz ihres Magnetkreises ändert, der entweder durch einen durch
die Spule fließenden Gleichstrom oder durch einen Dauermagneten magnetisiert ist.
Die Reluktanzänderung führt in beiden Fällen zu einem Induktionssignal der Spule,
das für die Nadelbewegung repräsentativ ist und das beispielsweise einer elektronischen
Regeleinrichtung für die Brennkraftmaschine zugeführt werden kann. Bei anderen Ausführungsformen
der bekannten Düse ist zusätzlich ein Arbeitsluftspalt im Spulenkern vorgesehen,
der von einem hochgezogenen Ring der Zwischenplatte und der Stirnfläche des Druckbolzens
gebildet ist. Ein weiterer Arbeitsluftspalt kann außerhalb der Spule von einer Stirnfläche
eines ringförmigen Dauermagneten und dem Federteller gebildet sein.
[0003] Soferne bei der bekannten Düse ein veränderlicher Arbeitsluftspalt vorliegt, ist
dieser zufolge der üblichen Längentoleranzen der Zwischenplatte und des Druckbolzens
bzw. des Federtellers nicht genau definiert; vor allem bleibt auch bei vollständig
geöffneter Düsennadel immer ein Restluftspalt, wodurch das in der Spule induzierte
Nadelhubsignal verhältnismäßig klein ist.
[0004] Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Einspritzdüse, die ein für die praktische
Verarbeitung genügend hohes Nadelhubsignal liefert. Trotz der vorherrschenden ungünstigen
Bedingungen, wie hohe Temperaturen und Treibstoffatmosphäre, sollen eine lange Lebensdauer
und Zuverlässigkeit gegeben sein.
[0005] Dieses Ziel läßt sich mit einer Düse der eingangs genannten Art ereichen, welche
erfindungsgemäß nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 ausgebildet ist.
[0006] Da bei geöffneter Düsennadel deren Ringschulter an der Zwischenplatte anliegt, ergibt
sich ein Arbeitsluftspalt der sich zwischen dem maximalen Nadelhub und Null verändert.
Dementsprechend erhält man optimales Induktionssignal.
[0007] Die Erfindung samt ihren weiteren Vorteilen ist im folgenden an Hand beispielsweiser
Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser
zeigen jeweils vergrößert und in einem Axialschnitt durch den mittleren Teil einer
Kraftstoff-Einspritzdüse nach der Erfindung Fig. 1 eine erste Ausführungsform, Fig.
2 eine zweite Ausführungsform, Fig. 3a und 3b eine dritte bzw. vierte Ausführungsform,
Fig. 4 eine fünfte und Fig. 5 eine sechste Ausführungsform.
[0008] Aus Fig. 1 ist der mittlere Teil einer Einspritzdüse ersichtlich, in dem die erfindungswesentlichen
Merkmale enthalten sind. Gezeigt ist die Erfindung am Beispiel einer Diesel-Einspritzdüse,
bei welcher die Düsennadel auf Grund des Druckes des eingespritzten Treibstoffes abhebt,
wobei es sich um eine übliche Düse oder um eine Pumpendüse handeln kann.
[0009] Die Einspritzdüse weist einen Düsenkörper 1 mit einer zentralen Lagerbohrung 2 für
eine Düsennadel 3 auf. Die längs der Düsenachse a verschiebliche Nadel 3 sitzt in
bekannter, hier nicht gezeigter Weise mit einem Dichtkegel auf einem Ventilsitz. An
den Düsenkörper 1 schließt - in der Zeichnung nach oben - eine Zwischenplatte 4 an,
die eine zentrale Boh rung 5 aufweist. In dieser Bohrung 5 verläuft unter Belassung
eines radialen Spaltes 6 ein Druckzapfen 7 der Düsennadel 3. Auf die Zwischenplatte
4 erfolgt ein Düsenhalter 8 mit einer zentralen Bohrung 9 in der eine am oberen Ende
des Düsenhalters 8 abgestützte Druckfeder 10 untergebracht ist. Mit ihrem unteren
Ende liegt die Druckfeder 10 auf einem Federteller 11 auf, der mit einem an seiner
Unterseite angeordneten Druckbolzen 12 an dem Druckzapfen 7 der Düsennadel 3 aufliegt.
Der Düsenkörper 1, die Zwischenplatte 4 und der Düsenhalter 8 werden von einem Gehäuse
13, das z.B. eine Überwurfmutter sein kann, fest zusammengehalten. Alle vier vorerwähnten
Teile bestehen im allgemeinen aus ferromagnetischem Stahl.
[0010] In dem Schnitt nach Fig. 1 ist weiters ein Treibstoffkanal 14 zu sehen, der sich
in Form von Bohrungen von einem nicht gezeigten oberen Anschluß durch den Düsenhalter
8, die Zwischenplatte 4 und den Düsenkörper 1 bis zu dem in der Zeichnung nicht
ersichtlichen Ventilsitz der Nadel 3 erstreckt.
[0011] In der Zwischenplatte 4 ist eine nach unten hin offene Ringnut 15 ausgebildet. Eine
Spule 16, die in einen Spulenhalter 17 aus Kunststoff eingebettet ist, ist in diese
Ringnut eingelegt. Die Achse der Spule 16 fällt mit der Düsenachse a zusammen. Durch
eine nur strichliert angedeutete Bohrung 18 ist eine nicht gezeigte elektrische Leitung
von den Spulenanschlüssen nach außen und an geeigneter Stelle durch das Gehäuse 13
geführt. Zwischen der Bohrung 5 und der Spule 16 verbleibt demnach ein im wesentlichen
ringförmiger Abschnitt 19 der Zwischenplatte 4.
[0012] Zwischen der Zwischenplatte 4 und dem Düsenkörper 1 ist eine scheibenförmige Zwischenlage
20 aus nicht ferromagnetischem Material, z.B. aus einer Kupferknetlegierung oder aus
nichtmagnetischem Stahl vorgesehen. Diese Zwischenlage 20 reicht von der Innenfläche
eines ferromagnetischen peripheren Ringes 21 bis zu der Außenfläche des ringförmigen
Abschnittes 19. In der der Zwischenplatte 4 zugewandten Stirnfläche des Düsenkörpers
1 ist eine von der Lagerbohrung 2 ausgehende ringförmige Ausnehmung 22 vorgesehen.
Der Ring 21, der als Leitstück für den magnetischen Fluß der Spule 16 dient, kann
in nicht näher gezeigter Weise, etwa durch in Radialbohrungen des Düsenkörpers 1
eingepaßte Stifte fixiert sein.
[0013] In Fig. 1 ist die Düsennadel 2 in ihrer Schließstellung eingezeichnet, in der sie
von der Druckfeder 10 über den Federteller 11, den Druckbolzen 12 und den Druckzapfen
6 gegen ihren Ventilsitz gedrückt ist.
[0014] Über die nicht gezeigten Zuleitungen kann die Spule 16 mit einem konstanten Gleichstrom
gespeichert werden. Es entsteht ein Magnetfeld, dessen wesentlicher Verlauf durch
eine repräsentative Feldlinie b in Fig. 1 gezeigt ist. Die Feldlinien verlaufen
über den Abschnitt 19 der Zwischenplatte 4, über den Arbeitsluftspalt 1, der zwischen
der Stirnfläche des Abschnittes 19 und der Stirnfläche jener einspringenden Ringschulter
23 liegt, die zwischen dem Umfang der Düsennadel 2 und dem Umfang des Druckzapfens
7 liegt, weiters über die Düsennadel 3, den Düsenkörper 1, den peripheren Ring 21
und über die Zwischenplatte 4 wieder in den Abschnitt 19. Es versteht sich, daß verschiedene,
zum Teil unerwünschte magnetische Nebenschlüsse vorliegen, doch ist der oben beschriebene
Flußverlauf für die Erfindung wesentlich.
[0015] Bei genügendem Anstieg des Druckes des durch den Kanal 14 dem Ventilsitz zugeführten
Treibstoffes hebt sich die Düsennadel 3, bis sie schließlich in voller Offenstellung
mit der Ringschulter 23 an der Stirnfläche des Abschnittes 19 anliegt. Der Arbeitsluftspalt
1 ändert sich somit während der Öffnungsbewegung der Nadel 2 von einer Länge, die
dem maximalen Nadelhub entspricht auf die Länge Null. Diese Änderung ruft eine starke
Erhöhung der Reluktanz des Magnet kreises der Spule 16 hervor, wodurch ein Signal
in der Spule 16 induziert wird, das als Nadelhubsignal einer elektronischen Steuereinrichtung
für die Brennkraftmaschine zugeführt werden kann.
[0016] Die Vormagnetisierung durch einen konstanten Gleichstrom kann entfallen, wenn man
für eine Vormagnetisierung des oben beschriebenen Magnetkreises durch einen Permanentmagneten
sorgt, Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein scheibenförmiger Dauermagnet
24 auf einen oberen Ansatz 25 des Federtellers 11 aufgesetzt und hier mit einer aufgespritzten
Kunststoffkappe 26 gehalten. Ein Teil des Flusses des Dauermagneten 24 verläuft auch
in dem für die Spule 16 maßgebenden magnetischen Kreis, sodaß die beschriebene Änderung
des Arbeitsluftspaltes 1 ein gut auswertbares Induktionssignal hervorruft. Es versteht
sich, daß ein Dauermagnet auch an anderer Stelle in der Düse angeordnet sein kann,
soferne hiedurch eine ausreichende Vormagnetisierung des für die Spule 16 maßgebenden
Magnetkreises erzielt wird. Beispielsweise kann der Ring 21 als Magnet ausgebildet
sein. Ebenso können mehrere Magnete verwendet werden, bzw. kann der Dauermagnet in
oder an der Zwischenplatte 4 vorgesehen sein.
[0017] Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform entspricht in wesentlichen Teilen der in
Fig. 1 gezeigten und es werden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet,
was auch für die noch folgenden Figuren gilt. Die Spule 16 mit ihrem Spulenhalter
17 ist hier in eine Umfangsnut 27 der Zwischenplatte 4 eingelegt und in einer dem
Düsenkörper 1 zugewandten Ausnehmung der Zwischenplatte 4 ist eine scheibenförmige
Einlage 28 aus nicht ferromagnetischem Material angeordnet, die sich von der Spule
16 bis zu der Ausnehmung 22, die an den Arbeitsluftspalt 1 anschließt, erstreckt.
Wie aus der eingezeichneten, repräsentativen Feldlinie b hervorgeht, verläuft der
Fluß außen im wesentlichen über das Gehäuse 13. Auch bei dieser, wie bei den folgenden
Ausführungsformen kann an geeigneter Stelle ein Dauermagnet vorgesehen sein. Die Funktion
ist die gleiche, wie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben.
[0018] Bei der Ausführungsform nach Fig. 3a sitzt die Spule 16 mit einem Spulenhalter 17
wie nach Fig. 1 in einer Ringnut 15 der Zwischenplatte 4. Die Ringnut 15 ist hier
jedoch nicht durch eine Zwischenlage zur Ausnehmung 22 hin abgedeckt. Zur Flußrückführung
dienen bei dieser Ausführung in erster Linie Zentrierstifte 29, die in entsprechende
Sackbohrungen der Zwischenplatte 4 bzw. des Düsenkörpers 1 eingesetzt sind und beispielsweise
aus Stahl bestehen. Diese Zentrierstifte 29 dienen außerdem zum winkelrichtigen Zentrieren
der Zwischenplatte 4 bezüglich des Düsenkörpers 1. Auch zum Zentrieren der Platte
4 bezüglich des Düsenhalters 8 können Zentrierstifte vorgesehen sein. Das winkelrichtige
Zentrieren ist vor allem wegen des Treibstoffkanals 14 (siehe Fig. 1) erforderlich,
da die entsprechenden Bohrungen ineinander übergehen müssen. Der Flußverlauf ist durch
eine Feldlinie b angedeutet.
[0019] Die in Fig. 3b dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von
jener nach Fig. 3a dadurch, daß - wie nach Fig. 1 - eine Zwischenlage 20 aus nicht
ferromagnetischem Material vorgesehen ist. Außerdem sind die Ringnut 15 und der Spulenhalter
16 etwas anders ausgeführt.
[0020] Die Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich von den vorgehend beschriebenen
Ausführungsformen vor allem dadurch, daß die Spule 30 nicht konzentrisch zur Düsenachse
a verläuft, sondern radial nach außen versetzt ist. Die Spule 30 samt einem Spulenkörper
31 ist in eine zum Rand hin offene Ausnehmung 32 der Zwischenplatte 4 eingesetzt.
Ein Kernstift 33 aus ferromagnetischem Material verläuft von der Zwischenplatte 4
durch die Mitte der Spule bis in den Düsenkörper 1. Die Achse des Kernstiftes 33 fällt
mit der Spulenachse s zusammen. Der Kernstift 33 sitzt mit Preßpassung in einer entsprechenden
Bohrung der Zwischenplatte und greift mit möglichst geringem Spiel in eine Bohrung
des Düsenkörpers 1 ein. In eine Ausnehmung der Zwischenplatte 4 ist - ähnlich wie
bei der Ausführung nach Fig. 2 - eine scheibenförmige Einlage 34 aus nicht ferromagnetischem
Material eingelegt. Die Anschlußdrähte der Spule 30 sind mit Kontaktstiften 35 verbunden,
die in den Raum zwischen Gehäuse 13 und Zwischenplatte 4 führen. Von hier kann eine
nicht gezeigte Leitung aus dem Gehäuse 13 führen. Eine für den hier maßgeblichen Flußverlauf
repräsentative Feldlinie b ist strichliert eingezeichnet. Auch bei dieser, nicht rotationssymmetrisch
bezüglich der Düsenachse a ausgebildeten Ausführung ist die Funktion die gleiche,
wie im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsformen besprochen. Soferne außer dem
Kernstift 33 Paßstifte zum Zentrieren der Zwischenplatte 4 verwendet werden, sollten
solche Paßstifte aus nicht ferromagnetischem Material bestehen, um unerwünschte magnetische
Nebenschlüsse zu vermeiden.
[0021] Bei der Ausführungsform nach Fig. 5, die im wesentlichen den Ausführungen nach Fig.
1, 3a und 3b entspricht, ist ein besonderer Spulenkörper 36 aus nicht magnetisierbarem
Stahl vorgesehen. Dieser Spulenkörper 36 besitzt einen Hülsenteil 37, der den ringförmigen
Abschnitt 19 der Zwischenplatte 4 umgibt und der an seinem oberen Ende in einem kurzen,
schräg nach oben und nach außen gebogenen Kragen 38, an seinem unteren Ende hingegen
in einen Ringflansch 39 übergeht. Dieser Ringflansch 39 liegt in der gezeigten Weise
zwischen der Zwischenplatte 4 und dem Düsenkörper 1, wobei ihm die Funktion der im
Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Zwischenlage 20 zukommt.
[0022] Der Spulenkörper 36 nimmt die Spule 16, die beispielsweise trapezförmigen Winkelquerschnitt
besitzt, so auf, daß sie an drei Seiten von dem Körper 36 abgedeckt ist. Von der Ringnut
15, in welche der Spulenkörper 36 samt der Spule 16 eingesetzt werden kann, geht eine
radiale Ausnehmung 40 aus, was auf der linken Seite der Fig. 5 ersichtlich ist. Im
Bereich dieser Ausnehmung 40 sind die Anschlußkabel 41 der Spule 16 mittels eines
Halteblocks 42 und einer Niete 43 gegen den Flansch 39 des Spulenkörpers 36 unverrückbar
gedrückt. Die verbleibenden Hohlräume, insbesondere auch der ringförmige äußere Raum
zwischen der Spule 16 und der Zwischenplatte 4 werden mit einer Gießharzlage 42 od.dgl.
ausgegossen.
[0023] Die beschriebene Ausführungsform des Spulenkörpers 36 bringt nicht nur den Vorteil
einer Reduzierung der Anzahl der Einzelteile (durch Wegfall der Zwischenlage 20 nach
Fig. 1), sondern auch eine besonders stabile Halterung der Spule, die zudem gegen
die starke Quetschströmung geschützt ist, die beim Öffnen der Düsennadel auftritt,
wenn der zwischen der Stirnfläche des ringförmigen Abschnittes 19 und der Ringschulter
23 der Düsennadel 3 befindliche Treibstoff stoßartig verdrängt wird.
[0024] Auch bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform sind zweckmäßigerweise als Leitstücke
für den magnetischen Fluß ein Ring 21 wie nach Fig. 1 oder Zentrierstifte 29 wie nach
Fig. 3a oder 3b vorgesehen.
1. Kraftstoff-Einspritzdüse mit Nadelhubsensor, mit einem Düsenkörper (1) und einem
an diesen über eine aus ferromagnetischem Material bestehende Zwischenplatte (4)
anschließenden Düsenhalter (8), mit einer in dem Düsenkörper geführten Düsennadel
(3), deren äußerem Ende ein Ventilsitz im Düsenkörper zugeordnet ist und die an ihrem
inneren Ende unter Bildung einer einspringenden Ringschulter (23) mit einem unter
Belassung eines radialen Luftspaltes in bzw. durch eine Bohrung der Zwischenplatte
reichenden Druckzapfen (7) versehen ist, wobei bei geschlossener Düsennadel zwischen
der Ringschulter (23) und der Zwischenplatte (4) ein Luftspalt (1) verbleibt, mit
einer in dem Düsenhalter vorgesehenen Druckfeder (10), die über einen Federteller
(11) und einen Druckbolzen (12) auf den Druckzapfen (7) der Düsennadel entgegen deren
Öffnungsbewegung wirkt, und mit einer an der Zwischenscheibe angeordneten Induktionsspule
(16), in welcher durch Änderung der Reluktanz ihres Magnetkreises bei der Ventilbewegung
ein Nadelhubsignal induziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (16,30) von der ausschließlich von dem ferromagnetischem Material
der Zwischenplatte (4) begrenzten Bohrung (5) radial entfernt angeordnet ist, wobei
der für den Magnetkreis maßgebende Fluß über den zwischen der Spule (16,30) und der
Bohrung (5) gelegenen Abschnitt (19) der Zwischenplatte (4) und über den Arbeitsluftspalt
(1) zwischen der Ringschulter (23) und der Zwischenplatte (4) verläuft.
2. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der der
Zwischenplatte (4) zugewandten Stirnfläche des Düsenkörpers (1) eine von der Lagerbohrung
(2) der Düsennadel (3) ausgehende ringförmige Ausnehmung (22) vorgesehen ist.
3. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in
der Zwischenplatte (4) eine Einlage (28,34) aus nicht ferromagnetischem Material angeordnet
ist, die sich von der Spule (16,30) bis in den Bereich des Arbeitsluftspaltes (1)
erstreckt.
4. Kraftstoff-Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Düsenkörper (1) und der Zwischenplatte (4) eine Zwischenlage (20)
aus nicht ferromagnetischem Material angeordnet ist.
5. Kraftstoff-Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenplatte (4) zur Flußrückführung mit dem Düsenkörper (1) über zumindest
ein Leitstück (21) aus ferromagnetischem Material verbunden ist.
6. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitstück
(21) als peripherer Ring ausgebildet ist.
7. Kraftstoff-Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spule (16) konzentrisch zur Düsenachse (a) angeordnet ist, wobei Spulenachse
und Düsenachse (a) zusammenfallen.
8. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule
(16) in einer Ringnut (15) der Zwischenplatte (4) angeordnet ist.
9. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule
(16) in einer Umfangsnut (27) der Zwischenplatte (4) angeordnet ist.
10. Kraftstoff-Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Achse (s) der Spule (30) bezüglich der Düsenachse (a) radial versetzt ist.
11. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule
(30) von einem Kernstift (33) aus ferromagnetischem Material durchsetzt ist, der sich
von der Zwischenplatte (4) bis in den Düsenkörper (1) erstreckt.
12. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernstift
(33) mit Preßpassung in der Zwischenplatte (4) sitzt und mit geringem Spiel in eine
Bohrung des Düsenkörpers (1) eingreift.
13. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Düsenkörper (1) und der Zwischenplatte (4) zumindest ein Paßstift aus
nicht ferromagnetischem Material vorgesehen ist.
14. Kraftstoff-Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spule (30) in einer zum Rand hin offenen Ausnehmung (32) der Zwischenplatte
(4) angeordnet ist.
15. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß in bzw. an der Zwischenplatte (4) ein Dauermagnet angeordnet ist.
16. Kraftstoff-Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Dauermagnet (24) auf dem Federteller (11) angeordnet ist.
17. Kraftstoff-Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Spulenkörper (36) aus nicht magnetisierbarem Material, vorzugsweise
aus nicht magnetisierbarem Stahl, vorgesehen ist, der einen den ringförmigen Abschnitt
(19) der Zwischenplatte (4) umgebenden Hülsenteil (37) besitzt, an den ein zwischen
der Zwischenplatte (4) und dem Düsenkörper (1) liegender Ringflansch (39) anschließt.
18. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß an dem
dem Ringflansch (39) gegenüberliegenden Ende des Hülsenteils (37) an diesen ein sich
schräg nach oben und außen erstreckender Kragen (38) anschließt.
19. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anschlußkabel (41) der Spule (16) im Bereich einer radialen Ausnehmung (40) der
Zwischenplatte (4) kraftschlüssig mit dem Ringflansch (39) des Spulenkörpers (36)
verbunden sind.