DE2336575C3 - Elektromagnetisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzdüse für Kolbenbrennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzdüse für Kolbenbrennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei eine; bekannten Einspritzdüse dieser Art (CH-PS 34 875) besteht der elektromagnetisch betätigte Steuerkörper aus einer dünnen Ventilnadel, deren Kegelspitze einen Strömungskanal im Düsenhalter entsprechend der Erregung des Elektromagneten öffnet oder schließt, wobei das Ende der Ventilnadel als Spulenkern für den Elektromagneten ausgebildet und durch eine Membranfeder am Düsenhalter festgelegt ist. Beim öffnen des zum Druckraum der Düsennadel führenden Druckkraftstoffkanals muß zum Anheben der Düsennadel der auf die Ventilnadel in Schließrichtung einwirkende Kraftstoffdruck durch den Elektromagneten überwunden werden, was einen relativ kräftigen Elektromagneten mit entsprechend großen Abmessungen erfordert. Um die je nach den Betriebsverhältniss«.n der Brennkraftmaschine sich stark ändernden Kraftstoffmengen in genauer Dosierung der Einspritzdüse zuzumessen, ist es bei dieser bekannten Vorrichtung außerdem notwendig, einen beträchtlichen Hub für die elektromagnetisch betätigte Ventilnadel vorzusehen, was sich gleichfalls ungünstig auf die Abmessungen des Elektromagneten auswirkt.

Demgemäß besteht die Erfindungsaufgabe darin, eine elektromagnetisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzdüse für Kolbenbrennkraftmaschinen der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welche mit einem möglichst geringen

Aufwand an Steuerkraft für den Steuerkörper sowie einem möglichst geringen Steuerhub desselben eine genaue Dosierung der Einspritzkraftstoffmengen gewährleisten.

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

Durch die Anordnung der Steuerköpfe an den Zapfen der in ihren Gehäuseteilen geführten beiden Steuerteile im Steuerraum wird eine Doppelfunktion des Steuerkörpers erreicht. In geöffneter Stellung wird wegen der kegelförmig nach außen hin verlaufenden Sitzflächen auch bei kleinem Hub ein großer Strömungsquerschnitt freigegeben, und die Schließsteilung des Steuerkörpers wird der Kraftstoffzufluß unterbunden und gleichzeitig der Druckraum der Einspritzdüse mit dem Leckkraftstoffraum verbunden. Die entgegengerichtete ständige Druckbeaufschlagung der beiden Steuerteile durch den Dtuckkraftstoff führt zu einem hydraulischen Kraftausgleich, so daß vom Elektromagneten nur eine die Ventilfederkraft überwindende Kraft aufgebracht werden muß.

Ferner ist bei der besonders herstellungstechnisch günstigen Ausbildung des Ventilgehäuses die Teilung des Steuerkörpers in zwei Steuerteile von Vorteil, da sich auch bei geringen Ausrichtungsfehlern der Gehäuseteile die beiden Steuerteile durch seitliche Gleitbewegungen an ihren aneinander anliegenden Stirn "lachen selbsttätig so ausrichten können, daß in jeder Stellung die entsprechenden Sitzflächen dicht und sicher anliegen und kein Klemmen der Zapfen in ihrsn Führungsbohrungen eintreten kann.

Allgemein sind Magnetventile mit hydraulischer Druckentlastung, z. B. zur Steuerung hydraulischer Pressen oder hydraulischer Kupplungen bekannt (DE-AS 10 25 693 und 10 84 537). Diese Ventile sind jedoch für hydraulische Anlagen konzipiert, so daß sie als Betätigungsventile für Kraftstoffeinspritzdüsen ungeeignet sind, da sich mit ihnen die notwendige Dosiergenauigkeit in den außerordentlichen kurzen Einspritzzeiten nicht erzielen läßt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einem elektromagnetisch betätigten Steuerventil,

F i g. 2 eine vergrößerte Einzeldarstelung des Steuerventils.

Die F i g. 1 zeigt einen Düsenhalter 1 mit einem daran befestigten Düsenkörper 2 und einer Düsennadel 3. Die Befestigung des Düsenkörpers am Düsenhalttr erfolgt durch eine Überwurfmutter 4 und die Düsennadel 3 wird durch eine Feder 5 belastet, die sich an ihrem anderen Ende auf einen Gewindestopfen 6 abstützt, an dem ein Leckölanschluß 7 angebracht ist; dieser Anschluß ist mit einem Raum verbunden, in dem Druck herrscht, der in der Nähe des Atmosphärendruckes liegt.

Der Düsenkörper 2 hat an seinem Ende eine Spritzöffnung 8, die innen durch einen Sitz 9 für das Ende der Düsennadel 3 begrenzt ist. Ein Druckraum 10 ist in der Nähe der Spritzöffnung im Düsenkörper um die Düsennadel herum ausgebildet. Eine an eine Druckkraftstoffquelle bzw. an eine Einspritzpumpe angeschlossene Zuleitung 11 mündet in diesen Druckraum 10.

Der Düsenhalter 1 hat einen seitlichen Kraftstoffzuführstutzen la, in dem ein Steuerventil 12 und ein den Steuerkörper des Steuerventils betätigender Elektromagnet 13 untergebracht sind. An den seitlichen Kraftstofizuführstutzen la ist der ais Gewindemuffe Xb ausgeführte Druckrohrstutzen angeschlossen.

Das Steuerventil 12 hat ein aus den Gehäuseteilen 14, 15,16,17 zusammengesetztes Ventilgehäuse, das in den beiden Gehäuseteilen 14, 16 koaxiale Fünrungsbohrungen 18, 19 von gleichem Durchmesser und dazwischen in einem als Gehäusering ausgebildeten Gehäusetei¹ 15 einen zentralen Steuerraum 20 von größerem Durchmesser enthält Der zentrale Steuerraum ist über einen Leitungszug 21, 22, 23 mit der Zuleitung 11 verbunden, die in den Druckraum 10 des Düsenkörpers 2 mündet Die an der linken Seite in der F i g. 2 gelegene Führungsbohrung i8 ist mit der Druckseite der Einspritzpumpe verbunden. Das in der Fig.2 rechts gelegene Ende der Führungsbohrung 19 steht ebenfalls ständig über eine axiale Bohrung 24 und einen Radialkanal 25 unter Kraftstoffdruck. In dem Ventilgehäuse ist der aus zwei Steuerteilen 26, 28 bestehende Steuerkörper verschiebbar gelagert. Der in der Zeichnung links gelegene Steuerteil 26 weist einen mit Längsnuten 27a versehenen Führungszapfen 27 auf, der in der Führungsbohrung 18 gleitet, wohingegen das Steuerteil 28 mit einem voll ausgeführten zylindrischen Kolbenzapfen 33 versehen ist, der in der Bohrung 19 geführt ist. Beide Steuerteile weisen im Bereich des Steuerraums 20 Steuerköpfe 40, 41 auf, mit zwei gegensinnig zueinander geneigten konischen Sitzflächen 29, 30, die mit zwei entsprechend in den Gehäuseteilen 14 und 16 ausgebildeten Sitzflächen 31, 32 zusammenwirken. Bei dem ausgewählten Ausführungsbeispiel haben die Sitzflächen 29, 30 gegenüber den Sitzflächen 31, 32 eine Kegelstumpfform mit etwas voneinander abweichenden Spitzenwinkeln. Die beiden Steuerteile liegen ferner mit senkrecht zu den Achsen dieser Teile an den Steuerköpfen ausgebildeten Stirnflächen 42, 43 kraftschlüssig aneinander an und werden nur dann seitlich gegeneinander verschoben, wenn eine Achsabweichung der Führungsbohrungen 18 und 19 vorliegt.

Im Bereich einer Ringnut 35 zwischen der Sitzfläche 30 und dem Kolbenzapfen 33 des Steuerteils 28 geht im Gehäuseteil 16 ein Entlastungskanal 34 von der Führungsbohrung 19 ab, der zu einem Leckkraftstoffraum 44 im Düsenhalter 1 führt. Zwischen der Wand des Düsenhalters, die den Boden der Führungsbohrung 19 bildet, und dem Kolbenzapfen 33 des Ventilteils 28 ist eine Ventilfeder 36 eingefügt, die den ganzen Steuerkörper in seiner in Fi g. 2 dargestellten Stellung zu halten sucht
Der Elektromagnet 13 hat eine Wicklung 37 und einen an einem Anker 38a befestigten Stift 38, der sich mit einer in F i g. 2 nach rechts gerichteten Spitze am benachbarten Ende des Steuerkörpers abstützt.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ergibt sich wie folgt: Der Kiaftstoff, der unter Überdruck von der Einspritzpumpe geliefert wird, gelangt über den Anschluß Xb zur Einspritzdüse. Dieser Druckkraftstoff fließt an dem Elektromagneten t3 vorbei durch die Längsnuten 27a im Führungszapfen 27 und außerdem in das rückwärtige Ende der Führungsbohrung 19 über die Bohrung 24 und den Kanal 25 im Gehäuseendteil 17. Der doppelt wirksame Steuerkörper ist dadurch von beiden Enden her durch hydraulische Drücke ausgeglichen, so daß nur die Feder 36 auf ihn einwirkt um Hip

Sitzfläche 30 von der Sitzfläche 32 anzuheben und die Sitzfläche 29 auf die Sitzfläche 31 zu drücken. In dieser Stellung des Steuerkörpers ist der Druckraum 10 im Düsenkörper in Verbindung mit dem Leckkraftstoffraum 44 der Einspritzdüse über die Leitungen 11, 23,22, 21, den Steuerraum 20, die Ringnut 35 und den Entlastungskanal 34.

Wenn der Elektromagnet 13 durch ein von dem elektronischen, nicht dargestellten Rechengerät geliefertes Signal erregt wird, stößt der Anker 38a über den Stift 38 den Steuerkörper in der Zeichnung nach rechts, wobei die Ventilfeder 36 zusammengedrückt wird. Die Verbindung zwischen dem Steuerraum 20 und dem Entlastungskanal 34 wird dann geschlossen, während der Kraftstoffdruck innerhalb des Steuerraumes 20 '■; wirksam wird und von dort auch im Druckraum 10, den der Kraftstoff über die Leitungen 21, 22, 23 und 11 erreicht. Die Düsennadel 3 der Düse wird dann gegen die Kraft ihrer Feder 5 nach oDen gedrückt, und die Kraftstoffeinspritzung erfolgt durch die Spritzöffnung 8, bis die Spule 37 des Elektromagneten nicht mehr mit Strom gespeist wird.

Wenn der Steuerkörper durch den Elektromagneten verschoben ist, ist der freie Durchlaßquerschnitt für den Kraftstoff relativ groß, selbst wenn der Weg des Steuerkörpers nur klein ist, da sich die Querschnittsfläche über den gesamten Umfang der Sitzfläche erstreckt. Da außerdem der Schieber an seinen beiden Endstirnflächen ausgeglichenen hydraulischen Kräften unterworfen und seine Masse sehr klein ist, braucht der Elektromagnet nur eine gegebenenfalls sehr kleine Leistung zu haben. Der Elektromagnet kann infolgedessen kleine Abmessungen und einen geringen Stromverbrauch haben, was ebenfalls eine Verringerung der Leistungskennwerte der elektronischen Bauteile möglich macht, welche die Leistungsstufe des Rechengerätes bilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisch gesteuerte Kraftstoffeinspri'.zdüse für Kolbenbrennkraftmaschinen mit einem im Kraftstoffzuführstutzen des Düsenhalters angeordneten Steuerventil, welches einen durch die Kraft eines im Zuführstutzen angeordneten Elektromagneten gegen die Kraft einer Ventilfeder axial verstellbaren und hierdurch dem Einspritzkraftstoff den Weg zum Druckraum einer gegen die Kraft einer Schraubendruckfeder öffnenden Düsennadel freigebenden Steuerkörper aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Elektromagneten (37) über einen an seinem kraftstoffzuströmseitigen Ende anliegenden und an einem Anker (38a,) befestigten Stift (38) betätigte Steuerkörper aus zwei Steuerteilen (26, 28) besteht, von denen das stiftseitige Steuerteil (26) mit seinem Längsnuten (27a) für den Kraftstoffdurchgang aufweisenden Zapfen (27) in einer ständig vom Kraftstoffeinspritzdruck beaufschlagten Bohrung (18) eines Gehäuseteils (14) des mehrteiligen, in einer Bohrung (39) des Kraftstoffzuführstutzens (la) angeordneten Ventilgehäuses (12) geführt ist, und das andere Steuerteil (28) mittels eines auf der dem Stift (38) abgewandten Seite von der Ventilfeder (36) und gleichzeitig vom Kraftstoffeinspritzdruck ständig beaufschlagten Kolbenzapfens (33) in einer mit der Führungsbohrung (18) des stiftseitigen Steuerteils (26) fluchtenden und dieser im Querschnitt entsprechenden Bohrung (19) eines zweiten Gehäuseteils (16) des Ventilgehäuses (12) geführt ist, welches dem das stiftseitige Steuerteil (26) aufnehmenden Gehäuseteil (14) unter Zwischenschaltung eines Steuerraums (20) gegenüberliegt, in dem die beiden Steuerteile, gehalten durch die Kraft der Ventilfeder (36) und den Kraftstoffdruck, mit Stirnflächen (42, 43) aneinanderliegen, die rechtwinklig zu den Achsen der Steuerteile (26, 28) an Steuerköpfen (41, 42) ausgebildet sind, welche auf ihren den Stirnflächen (42, 43) abgewandten Seiten mit konischen, mit entsprechenden Sitzflächen (31, 32) ihrer zugehörigen Gehäuseteile (14, 16) zusammenwirkenden Sitzflächen (29, 30) versehen sind, daß ferner in dem das Steuerteil (28) mit dem Kolbenzapfen (33) führenden Gehäuseteil (16) ein Entlastungskanal (34) angeordnet ist, der einerseits unterhalb der Gehäusesitzfläche (32) in der Führungsbohrung (19) dieses Steuerteils (28) in einem Bereich mündet, in dem das Steuerteil (28) mit einer an seine Sitzfläche (30) anschließenden Ringnut (35) versehen ist, und andererseits an den Leckkraftstoffraum (44) der Einspritzdüse angeschlossen ist, und daß schließlich der Steuerraum (20) mit dem Druckraum (10) der Düsennadel (3) in ständiger Verbindung steht, s,o daß bei eingeschaltetem Elektromagneten (37) der Steuerkörper gegen die Kraft der Ventilfeder (36) bis zur Anlage des von der Ventilfeder beaufschlagten Steuerteils (28) an seinem Sitz (32) verschoben wird, wodurch die Verbindung des Entlastungskanals (34) mit dem Druckraum (10) der Düsennadel (3) unterbrochen und dem Einspritzkraftstoff der Weg zu letzterem freigegeben wird, und daß bei abgeschaltetem Elektromagneten (37) durch Anlage des stiftseitigen Steutrteils (26) an seinem Sitz (31) die Kraftstoffzufuhr zum Steuerraum (20) unterbrochen und die Verbindung des Druckraums (10) der Düsennadel über den Steuerraum (20) mit dem Entlastungskanal (34) freigegeben wird.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (20) in einem zwischen den die beiden Steuerteile (26, 28) aufnehmenden Gehäuseteilen (14,16) angeordneten Gehäusering (15) ausgebildet ist, und daß die Verbindung des Entlastungskanals (34) mit dem Leckkraftstoffraum (44), die Verbindung des Steuerraums (20) mit dem Druckraum (10) der Düsennadel (3) sowie der Anschluß des Endes der Führungsbohrung (19) für das Ventilteil (28) mit dem Kolbenzapfen (33) an eine ständig unter Kraftstoffdruck stehende Bohrung (24) über Kraftstoffkanäle in einem zur Aufnahme der Ventilfeder (36) ringförmig ausgebildeten Gehäuseendteil (17) erfolgt, das am düsennadelseitigen Ende der alle Ventilgehäuseteile (14 bis 17) zueinander koaxial aufnehmenden Bohrung (39) in dem quer zur Düsennadelachse liegenden Kraftstoffzuführstutzen (\a) angeordnet ist.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß des Endes der Fühlungsbohrung (19) für das Steuerteil (28) mit dem Kolbenzapfen (33) an die ständig unter Kraftstoffdruck stehende Bohrung (24) über einen im Gehäuseendteil (17) radial angeordneten Kanal (25) erfolgt.

4. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Sitzflächen

(29, 30) der Steuerköfpe (40, 41) der beiden Steuerteile (26, 28) und die diesen zugeordneten konischen Sitzflächen (31, 32) in den Gehäuseteilen (14,16) unterschiedliche Sitzwinkel aufweisen.
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