DE3221442A1

DE3221442A1 - Kraftstoff-einssritzduese fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3221442A1
Application number: DE19823221442
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing.(grad.) 7152 Aspach Giess; Dietrich Dipl.-Ing. 7014 Kornwestheim Trachte
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-06-07
Filing date: 1982-06-07
Publication date: 1983-12-08
Also published as: DE3382065D1; JPH0429873B2; EP0096312B1; US4747545A; EP0096312A1; JPS593165A

Description

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κ. 178 3 4'

■\9Λ. 1982 Ki/Le

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoff-Einspritzdüse nach der Gattung des Hauptanspruchs. Die Dämpfungseinrichtung dient dazu, den Öffnungsq.uerschnitt der Einspritzdüse so zu steuern, daß die unterschiedlichen Forderungen der Brennkraftmaschine bei "verschiedenen Drehzahlen und Belastungen erfüllt werden. Solche Dämpfungseinrichtungen sind sowohl für Einspritzdüsen mit in Strömungsrichtung des Kraftstoffs öffnender Ventilnadel (Α-Düse) als auch für Einspritzdüsen mit nach innen öffnender Ventilnadel (I-Düse) "bekannt. Bei den bekannten Einspritzdüsen ist die Dämpfung so abgestimmt, daß der Rücklauf der Dämpfungsmittel, z.B. eines massebehafteten Körpers, in jedem Drehzahl-/Lastpunkt der Brennkraftmaschine vollständig ist und die folgende Öffnungsbewegung der Ventilnadel von Anfang an oder von einem fest vorgegebenen geringen Vorhub ab gedämpft erfolgt. Das kann zur Folge haben, daß sich bei höheren Drehzahlen und Lasten eine zu lange Spritzdauer ergibt. Zur Behebung dieses Wachteils ist schon vorgeschlagen worden, die Dämpfung bereits vor dem Ende des Öffnungshubes der Ventilnadel unwirksam zu machen (DE-OS 32 02 36^.2).

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Dadurch kann bereits eine erhebliche Verkürzung der gesamten Dauer eines Einspritzvorgangs erzielt werden. Problematisch ist jedoch, daß der Zeitpunkt des Unwirksamwerdens der Dämpfung nadelhubabhängig festgelegt ist und daher gewisse Kompromisse zwischen Leerlauf- und Vollast der Brennkraftmaschine in Kauf genommen werden müssen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden L, Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine eine den Anforderungen weitgehend entsprechende Dämpfung der Öffnungsbewegung der Ventilnadel und der Spritzdauer selbsttätig einstellt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Dämpfungswirkung veränderbar ist durch zeitliches Verschieben des Dämpfungsbeginns gegenüber dem Einspritzbeginn. Dadurch ist erreicht, •^ daß die gesamte Dauer eines Einspritzvorgangs bei hoher Drehzahl und großer Menge auch gegenüber einer Anordnung mit Anfangsdämpfung der Ventilnadel noch weiter verkürzt werden kann, obwohl bei niederer Drehzahl/Menge eine lange Spritzdauer erhalten bleibt. Selbst im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine kann die Dauer eines Einspritzvorgangs erfahrungsgemäß so kurz gemacht werden, daß bei der Anpassung der Einspritzanlage an die Betriebsverhältnisse die Spritzdauer in weiteren Grenzen als bisher verändert werden kann. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit der unabhängigen Beeinflußung der Spritzdauer bei niedriger und hoher Drehzahl.

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1?S 3 ι*

Die Hubzahl und/oder die Hublänge der Ventilnadel bzw. die
pro Einspritzvorgang durchgesetzte Kraftstoffmenge kann gemäß Anspruch 3 auf einfache Weise durch ein mit der Ventil- ' nadel gekoppeltes Zeit-Wegglied ermittelt und zur Steuerung der Dämpfungseinrichtung ausgenutzt werden, welches beim
Schließhub der Ventilnadel aus einer ersten Endstellung
in eine zweite Endstellung bewegt und danach von einer Rückholfeder mit verzögerter Geschwindigkeit gegen die erste Endstellung rückgeführt ist, und welches ferner beim nächsten
Öffnungshub der Ventilnadel die Dämpfungseinrichtung erneut aktiviert, wenn es bei seiner verzögerten Rückführung die
erste Endstellung wieder erreicht.

Dieser erfindungsgemäße Vorschlag geht von der Erkenntnis aus, daß mit steigender Drehzahl die Zeit zwischen zwei Einspritzvorgängen kurzer wird und daß sich bei größeren Einspritzmengen auch ein größerer Hub der Ventilnadel ergibt. Mit
Rücksicht darauf, daß die Rückführung des Zeit-Wegglieds jeweils am Beginn des Schließhubs der Ventilnadel beginnt, wird der Zeitpunkt der Aktivierung der Dämpfungsmittel für den
nächsten Öffnungshub der Ventilnadel um so weiter gegenüber dem Zeitpunkt des Beginns dieses Öffnungshubes hinaus gezögert, je größer der vorangegangene Ventilnadelhub war und je kurzer die Zeit zwischen den aufeinanderfolgenden Hüben, d.h. je größer die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Die Ventilnadel kann daher zu Beginn eines Öffnungshubs einen
ungedämpften Teilhub ausführen,.dessen Länge selbsttätig
auf die jeweiligen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine abgestimmt ist.

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Die Anordnung könnte auch so getroffen sein, daß im unteren Drehzahl- und Lastbereich oder allein im kritischen Punkt Leerlauf die Dämpfung über den gesamten Öffnungshub der Ventilnadel· wirksam bl·eibt. Auch könnte es in manchen Fällen zweckmäßig sein, eine Mindestverzögerung der Dämpfungsmittel, d.h. einen Mindestfreihub der Ventilnadel vorzusehen, der in allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine vorhanden ist.

Die Dämpfungseinrichtung selbst kann gemäß Anspruch 5 mit an sich bekannten und bewährten Mitteln verwirklicht sein.

Eine einfache und platzsparende Ausführung ergibt sich, wenn gemäß Anspruch 6 der Zylinder und der Kolben der Dämpfungseinrichtung gleichzeitig das beim Schließhub der Ventilnadel· aktivierte Zeit-Wegglied bilden. In diesem Fall· haben der Zylinder und der Kolben beim gedämpften Teilhub der Ventilnadel die Funktion der Dämpfungsmittel, während sie bei den ungedämpften Bewegungen und in den Ruhezeiten der Ventilnadel· die Funktion des Zeit-Weggliedes ausüben, welches den verzögerten Einsatz der Dämpfung in Rel·ation zum Betriebspunkt der Brennkraftmaschine setzt.

Eine einfache und klemmfreie Ausführung ergibt sich, wenn gemäß Anspruch 7 der Kolben der Dämfpungseinrichtung durch den zulaufseitigen Endabschnitt der Ventilnadel· 26 gebadet ist und als Zylinder eine auf diesen Endabschnitt aufgesteckte Kappe dient.

Zeichnung

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargeste^t und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Einspritzdüse für eine Dieselbrennkraftmaschine im Längsschnitt, und die Figuren 2 bis h

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Funktionsschaubilder der Dämfpungsmittel der Einspritzdüse nach Figur 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Einspritzdüse nach Figur 1 hat einen Düsenkörper 10, der durch eine Überwurfmutter 12 an einem Düsenhalter 1h festgespannt ist. Zwischen dem Düsenkörper 10 und dem Düsenhalter 1 it ist eine Hülse 16 angeordnet, welche eine nach innen gerichtete Schulter 18 hat, die eine Kammer 20 von einer im Durchmesser größeren Kammer 22 im Inneren der Einspritzdüse abteilt. Im Düsenkörper 10 ist ein Ventilsitz 21+ gebildet und eine Ventilnadel 26 -verschiebbar gelagert, deren Dichtkegel· 27 von einer Schließfeder 28 gegen den Ventilsitz 2k gedruckt ist. Die Schließfeder 28 stützt sich am Düsenkörper 10 ab und greift über ein Flanschteil 30 an einer Stützscheibe 32 an, die sich ihrerseits an einer Schulter 3k der Ventilnadel 26 abstützt.

Im Düsenhalter 1k ist eine Zulaufbohrung 36 gebildet, welche in die Kammer 20 einmündet, die über einen von der Schulter 18 umgebenen Durchbruch 38 mit der Kammer 22 verbunden ist. Aus dieser führt eine Bohrung ho im Düsenkörper 10 in einen Ringraum 1+2, der zwischen der zentralen Bohrungswand des Düsenkörpers 10 und dem Mantelumf.ang eines im Durchmesser verkleinerten Abschnittes kk der Ventilnadel 26 gebildet ist und bis vor den Ventilsitz 2k reicht. Zwischen dem Flanschteil 30 und dem Düsenkörper 10 ist in der dargestellten Schließlage ein Abstand h vorhanden, welcher dem Gesamthub der Ventilnadel 26 entspricht. Die Ventilnadel 26 wird vom Kraftstoffdruck entgegen der Schließfeder 28 nach außen in Öffnungsrichtung verschoben, bis der Flanschteil 30 am Düsenkörper 10 anschlägt. Beim Schließen des Ventils führt

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die Schließfeder 28 die Ventilnadel 26 nach innen in die dargestellte Schließlage zurück.

An die Schulter 3^· der Ventilnadel 26 schließt sich ein kolbenförmiger Ansatz kS an, welcher durch den Durch-"bruch 38 hindurchtritt und in die Kammer 20 ragt. Der Durchmesser des kolbenförmigen Ansatzes U6 entspricht dem Führungsdurchmesser der Ventilnadel 26. Auf den Ansatz k6 ist eine Kappe J+ 8 aufgesetzt, welche einen Boden 50, einen Mantelteil 52 und einen Flanschrand 5^ hat. An der Kappe kQ greift eine Rückholfeder 56 an, welche den Mantelteil 52 umgibt und den Flanschrand 5^· gegen den Kragen 18 der Hülse 16 drückt.

Im Flanschrand 5^· und einem daran anschließenden Bereich des Mantelteils 52 der Kappe kQ sind Querschlitze 58 vorgesehen, durch welche der Kraftstoff imme^ auch bei geschlossener Ventilnadel_/aus der Kammer 20 in die Kammer übertreten kann. Zwischen der Stirnseite des Ansatzes k6 und dem Boden 50 ist in der Kappe U8 eine Dämpfungskammer 60 gebildet, welche über eine Drosselbohrung 62 im Boden 5o gedrosselt mit dem Strömungsweg des Kraftstoffs verbunden ist. In der dargestellten Schließlage überdeckt der Ansatz k6 die Querschlitze 58 in axialer Richtung um den Weg h., welcher größer als der Gesamthub h der Ventilnadel 26

ist. Der Weg h. könnte aber auch um einen minimalen Betrag kleiner als der Gesamthub h sein, so daß sich am Ende eines

S
Öffnungshubes der Ventilnadel 26 noch ein geringer ungedämpfter

Teilhub ergibt.

Die Drosselbohrung 62 könnte auch teilweise oder ganz durch ein entsprechendes Radialspiel zwischen Kappe i+8 und Ansatz k6 ersetzt werden. Der kolbenförmige Ansatz 1+6 der Ventilnadel 26 und die Kappe 1*8 bilden gleichzeitig die Mittel zum Däm/fen der Ventilnadelbewegung und ein Zeit-Wegglied,

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3 4¹

welches den Beginn der Dämpfung abhängig von der Drehzahl und der Größe des Ventilnadelhubes macht. Die Dämpfungswirkung und die Zeit-Wegfunktion verden durch entsprechende Abstimmung der Rückholfeder 56 mit der Drosselbohrung 62 und anderer, das Ein- und Ausströmen des Kraftstoffs in die Dämpfungskammer 60 und aus dieser heraus bestimmender Parameter festgelegt.

Die dargestellte Einspritzdüse arbeitet wie folgt:

Durch den ansteigenden Kraft stoffdruck am Beginn eines ersten Einspritzvorganges entsteht sofort eine Druckdifferenz zwischen der Dämpfungskammer 60 und der Kammer 20, weil die Kappe h& der Bewegung der Ventilnadel 26 nicht folgen kann. Der Druckanstieg in der Dämpfungskammer 60 erfolgt dabei langsamer als in der Kammer 20, so daß die Bewegung der Ventilnadel 26 bei diesem ersten Hub von Anfang an verzögert bzw. gedämpft wird, bis gegebenenfalls die Ventilnadel 26 den Weg h.. zurückgelegt hat und die Stirnseite des Ansatzes k6 in den Bereich der Querschlitze 58 gelangt. Von dort ab erfolgt ein minimaler Resthub der Ventilnadel ungedämpft, bis das Flanschteil 30 am Düsenkörper 10 anschlägt. Die gezeigte Stellung der Kappe kö ist im folgenden als deren erste Endstellung bezeichnet. · ■

Beim beschriebenen Öffnungshub der Ventilnadel 26 wird Kraftstoff durch die Drosselbohrung 62 in die Dämpfungskammer 60 eingesaugt bzw. - gedruckt. Beim folgenden Schließhub wird die Kappe k8 über das Kraftstoffpolster in der Dämpfungskammer 60 mit nach oben in eine im folgenden als zweite Endstellung bezeichnete Stellung verschoben. Dabei setzt die Rückholfeder 56 der wesentlich stärkeren Schließfeder 28 nur einen verhältnismäßig geringen Widerstand entgegen, so daß

der Schließhub weitgehend ungedämpft erfolgt. Vom Beginn des Schließhubes ab drückt die Rückholfeder 56 die Kappe 48 gegen das Stirnende des Ansatzes 46 zurück, wobei die in die Dämpfungskammer 60 vorher eingeströmte Kraftstoffmenge aus der Dämpfungskammer 60 wieder verdrängt wird. Das kann wegen der engen Drosselbohrung 62 wiederum nur mit einer gewissen Verzögerung erfolgen. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Endsteliung der Kappe 48 entspricht etwa dem Ventilnadelhub, verringert um einen geringen Rückhub, welchen die Kappe schon während der Schließzeit der Ventilnadel 26 unter dem ständigen Einfluß der Rückholfeder 56 ausführt.

Die Funktion des aus Kappe 48 samt Dämpfungskammer 60 und Rückholfeder 56 gebildeten Zeit-Weggliedes ist im folgenden anhand der Schaubilder in den Figur 2 bis 4 beschrieben. In diesen Schaubildern sind jeweils der Verlauf des Ventilnadelhubes mit voll ausgezogenen Linien h und der Verlauf der Auslenkung der Kappe 48 mit gestrichelten Linien a über der Zeit t dargestellt. In allen drei Schaubildern liegt die in Figur 1 dargestelle Schließlage der Ventilnadel 26 und die erste Endstellung der Kappe 48 in der Zeitachse t.

Zum Zeitpunkt t (Figur 2) soll der Schließhub der Ventilnadel 26 beginnen, bei welchem die Kappe 48 aus der ersten Endstellung E. in die zweite Endstellung E_? geschoben wird. Die Kappe 48 legt dabei einen Weg a zurück, der, wie bereits erwähnt, etwas kleiner als der

Gesamthub h der Ventilnadel 26 ist. D-er Schließhub ist g

zum Zeitpunkt t beendet. Von da ab beginnt sich die Kappe 48 unter dem Einfluß der Rückholfeder 56 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit zurückzubewegen, welche im Schaubild sich als Winkel CC darstellt.

4 Λ *

733V

Zum Zeitpunkt t beginnt ein neuer Öffnungshub der Ventilnadel 26. Wenn, vie in Figur 2 dargestellt, zum Zeitpunkt t die Kappe k8 ihre erste Endstellung noch nicht wieder erreicht hat, wird sie mit annähernd der gleichen Geschwindigkeit wie die Ventilnadel 26 in 'diese Endstellung zurückgeführt. Sie erreicht dann die erste Endstellung zum Zeitpunkt ti. Von da ab wird die Kappe U8 durch die Schulter 18 an einer weiteren Bewegung in Öffnungsrichtung der Ventilnadel 26 festgehalten, wodurch die beschriebenen Dämpfungsmittel wieder wirksam werden. Im Schaubild ist dies dadurch erkennbar, daß der Hubverlauf zum Zeitpunkt ti ein Knickpunkt K hat. Vom Zeitpunkt t. wird die Ventilnadel 26 mit gedämpfter, d.h. mit verringerter Geschwindigkeit, in die Hubendstellung überführt, worauf sich das beschriebene Spiel wiederholt.

In den Figuren 3 und k ist veranschaulicht, daß sich die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung den verschiedenen Betrietszuständen der Brennkraftmaschine selbsttätig anpaßt. In Figur 3 läuft die Brennkraftmaschine mit geringer Drehzahl und geringer Belastung, so daß die Kappe k8 ihre erste Endstellung bereits vor Beginn des nächsten Öffnungshubes erreicht, in diesem Fall ist die Dämpfung über dem gesamten Öffnungshub der Ventilnadel 26 wirksam. In Figur k ist ein Betriebszustand dargestellt, bei welchem die Brennkraftmaschine mit hoher Drehzahl unter großer Belastung läuft, bei welcher sich auch ein großer Ventilnadelhub einstellt. In diesem Fall beginnt der nächste Öffnungshub, bevor die Kappe kQ in ihre erste Endstellung zurückgelaufen ist. Der Knickpunkt K des Hubverlaufes h der Ventilnadel 26 ist noch weiter gegen das Hubende hin gerückt, als beim Betriebszustand nach Figur 2,

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so daß auch ein geringerer Teil der Offnungsbewegung der Ventilnadel 26 gedämpft wird. Die Figur h macht auch deutlich, daß der Knickpunkt K um so weiter gegen das Offnungshubende der Ventilnadel rückt, je schneller die Einspritzvorgänge auf einander folgen und je größer der Ventilnadelhub ist.

Die Kappe kQ zentriert sich auf der Ventilnadel 26 und hat ein ausreichend großes radiales Spiel gegenüber dem Düsenhalter 14, so daß die Ventilnadel 26 klemmfrei arbeiten kann. Die Rückhohlfeder 56 erstreckt sich zum Teil über die Kappe hQ hinweg, so daß bei dieser Ausführung die Mittel zum partiellen Dämpfen des Öffnungshubes der Ventilnadel 26 nur wenig Platz in Achsrichtung der Einspritzdüse benötigen.

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Claims

19.U.1982 Ki/Le

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART

Ansprüche

f 1 y Kraft stoff ^-Einspr it zdüse für Brennkraftmaschinen} mit einer Ventilnadel, die von einer Schließfeder belastet, . toi Kraft stoffdruck im Öffnungssinn beaufschlagt und mit einer Dämpfungseinrichtung gekoppelt ist, welche die Bewegung der Ventilnadel beim Öffnungshub nach Maßgabe mindestens eines BetriebsparameteJS der Brennkraftmaschine dämpft, beim Schließhub dagegen weitgehend unwirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung (h6, kd, 56) die Bewegung der Ventilnadel (26)· in Abhängigkeit von deren Hubzahl und/oder Hublänge bzw. der pro Einspritzvorgang durchgesetzten Kraftstoffmenge dämpft.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungswirkung veränderbar ist durch zeitliches Verschieben des Dämpfungsbeginns gegenüber dem Einspritzbeginn.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Ventilnadel (26) ein Zeit-Wegglied (h6, kd, 56) gekoppelt ist, welches beim Schließhub der Ventilnadel (26) aus einer ersten Endstellung in eine zweite Endstellung be-

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— P —

wegt und danach von einer Rückholfeder (56) mit verzögerter Geschwindigkeit gegen die erste Endstellung zurückgeführt ist, und welches ferner beim nächsten Öffnungshub der Ventilnadel (26) die Dämpfungseinrichtung (1+6, k8, 56) erneut aktiviert, wenn es bei seiner verzögerten Rückführung die erste Endstellung wieder erreicht.

1+. Einspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführbewegung des Zeit-Wegglieds (1+6, U8, 56)

durch hydraulische Mittel hervorgerufen ist.

5· Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämfpungseinrichtung eine kraft stoffgefüllte Dämpfungskammer (60) in einem Zylinder (1+8) hat, die über eine Drosselöffnung (62) an den Strömungsweg des Kraftstoffs angeschlossen und von einem Kolben (1+6) begrenzt ist, der während des gedämpften Teil des Öffnungshubes der Ventilnadel (26) eine das Volumen der Dämpfungskammer (60) verändernde Relativbewegung gegenüber dem Zylinder (1+8) ausführt.

: 6. Einspritzdüse nach den Ansprüchen k und 5 > dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1+8) und der Kolben (1+6) der Dämpfungseinrichtung gleichzeitig das beim Schließhub der Ventilnadel (26) aktivierte Zeit-Wegglied bilden.

7· Einspritzdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1+6) der Dämpfungseinrichtung durch den zulaufseitigen Endabschnitt der Ventilnadel (26) selbst gebildet ist und als Zylinder eine auf diesen Endabschnitt (1+6) aufgesteckte Kappe (1+8) dient.