DE3719459A1

DE3719459A1 - Kraftstoff-einspritzduese fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3719459A1
Application number: DE19873719459
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Linder; Helmut Dipl Ing Rembold
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-06-11
Filing date: 1987-06-11
Publication date: 1988-12-29
Also published as: EP0354905A1; WO1988009869A1; JPH02503938A; DE3861130D1; US5020728A; EP0354905B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoff-Einspritzdüse nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Einspritzdüse dieser Gattung (DE-Al 32 13 751, Fig. 1) ist der zum Abfangen der Ventil nadel in der Schließstellung dienende erste gehäusefeste Anschlag durch eine stromauf der Schließfeder angeordnete Ringschulter im Düsenhalter gebildet, an welcher sich die Ventilnadel über die Ven tilhülse und ein weiteres, die Ventilnadel umgebendes rohrförmiges Zwischenstück abstützt, wobei die Schließfeder gleichzeitig das Federelement zum Andrücken der Ventilhülse an den Schließkopf der Ventilnadel in deren Schließstellung bildet. Diese Ausführung hat den Nachteil, daß die verhältnismäßig dünnwandige Ventilhülse beim Auftreffen der Ventilnadel auf den ersten gehäusefesten Anschlag in folge der Einwirkung der starken Schließfeder einer hohen Schlagbe anspruchung unterworfen ist und daß unmittelbar nach dem Abheben der Ventilnadel von diesem Anschlag die Ventilhülse nur noch unter dem Einfluß der Drücke steht, die der Kraftstoff beidseitig auf die Stirnflächen der Ventilhülse ausübt. Dadurch ergibt sich ein un stabiles Betriebsverhalten, bei welchem eine exakte zeitliche Folge des Aufsteuerns der Spritzöffnungen für die gebündelten Kraftstoff strahlen und des Ventilspaltes für den Kraftstoff-Schirmstrahl nicht gewährleistet ist. Der gleiche Nachteil haftet einer anderen bekannten Ausführung (DE-Al-32 13 751, Fig. 5) an, bei welcher zwar die Ventilnadel in Schließstellung mit ihrem Schließkopf an einem gehäusefesten Ventilsitz anliegt, die Ventilhülse jedoch wiederum und darüberhinaus auch in der Schließstellung der Ventilnadel nur vom Kraftstoffdruck beaufschlagt ist, wodurch eine definierte Öffnungsfolge nicht gewährleistet ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Ventilhülse während des Vorhubes unverzögert und zwangsläufig unter dem Einfluß des zusätzlichen Federelementes der Ventilnadel bis zum Anschlag folgt, so daß die vorgegebene zeitliche Aufeinanderfolge des Auf steuerns der Spritzöffnungen für die gebündelten Kraftstoffstrahlen und des zentralen Ventilspaltes für den Kraftstoff-Schirmstrahl exakt eingehalten wird. Darüberhinaus fällt nach dem Abfangen der Ventilhülse am zweiten gehäusefesten Anschlag der Einfluß der der Schließfeder entgegenwirkenden Kraft des zusätzlichen Federelementes auf die Ventilnadel weg, so daß der Kraftstoffdruck erst um eine vorgegebene Stufe ansteigen muß, bevor der zentrale Ventilspalt öffnet und der Kraftstoff-Schirmstrahl austritt, so daß eine gute Zerstäubung des Kraftstoffes auch bei der Haupteinspritzung gewähr leistet ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch mög lich.

Eine einfach zu montierende Ausführung ergibt sich, wenn die ge häusefeste Schulter zur Abstützung des zusätzlichen, vorzugsweise als Schraubendruckfeder ausgebildeten Federelementes an der stromab liegenden Stirnseite einer in den Düsenkörper eingeschraubten Buchse gebildet ist, deren stromaufliegender Endabschnitt die Ventilnadel führt und mit einer axialen Schulter zum Abstützen der Schließfeder versehen ist.

Eine sichere Abdichtung des Ventilspaltes für den Kraftstoff-Schirm strahl in Schließstellung der Ventilnadel ergibt sich, wenn die dem Schließkopf der Ventilnadel zugekehrte Stirnseite der Ventilhülse nach innen kegelig ausgebildet und ihr Kegelwinkel kleiner als der Kegelwinkel der Ventilsitzfläche des Schließkopfes gewählt ist. Da durch ergibt sich eine kantenförmige Berührung zwischen den beiden den Ventilspalt begrenzenden Teilen, bei welcher eine die Dichtheit mitbestimmende hohe Flächenpressung erzielt werden kann.

Zum gleichen Zweck wird vorgeschlagen, daß der mit dem Schließkopf der Ventilnadel zusammenarbeitende Ventilsitz am Düsenkörper als Dichtkante ausgebildet ist, deren Durchmesser vorzugsweise etwa dem Führungsdurchmesser der Ventilhülse im Düsenkörper entspricht.

Die Ansprüche 5 bis 10 enthalten vorteilhafte Maßnahmen zur Ge staltung des Einspritzverlaufs und zur räumlichen Trennung von Vor- und Haupteinspritzung, durch welche die Neigung zur Rußbildung an der Einspritzdüse verringert wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 vergrößert einen Längsschnitt durch das Ausführungs beispiel und Fig. 2 den brennraumseitigen Endabschnitt des Aus führungsbeispieles in noch größerem Maßstab. In den Fig. 3 und 4 sind Varianten der Ventilhülse des Ausführungsbeispiels dargestellt und Fig. 5 ist ein Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Einspritzdüse hat einen Düsenkörper 10, der durch eine Überwurf mutter 12 an einem Düsenhalter 14 festgespannt ist, welcher einen Anschlußstutzen 16 für eine Kraftstoff-Zufuhrleitung hat. Im Düsen körper 10 ist durch nachstehend noch näher beschriebene Mittel eine Ventilnadel 18 verschiebbar gelagert, die am brennraumseitigen Ende mit einem Schließkopf 20 versehen ist. Dieser hat eine kegelige Ven tilsitzfläche 22 (Fig. 2), die von einer Schließfeder 24 gegen einen als Dichtkante ausgebildeten Ventilsitz 26 am Düsekörper 10 gedrückt ist. Die Schließfeder 24 stützt sich über eine Ringscheibe 27 an einer Ringschulter 28 einer in den Düsenkörper 10 einge schraubten Buchse 30 ab und greift über einen Stützkörper 31 in üb licher Weise am oberen Ende der Ventilnadel 18 an, welche in einem kragenförmigen Ansatz 32 der Buchse 30 geführt ist. In der darge stellten Schließlage der Ventilnadel 18 nimmt der Stützkörper 31 einen axialen Abstand h _g zur oberen Stirnfläche der Buchse 30, 32 ein, der dem Gesamthub der Ventilnadel 18 entspricht.

Die Ventilnadel 18 ist stromauf des Schließkopfes 20 in einer Ven tilhülse 34 gelagert, die ihrerseits im Düsenkörper 10 verschiebbar, jedoch durch nicht gezeigte Mittel unverdrehbar geführt ist. Der Führungsdurchmesser entspricht dem Durchmesser des Ventilsitzes 26 am Düsenkörper 10. Zwischen der Ventilhülse 34 und einem im Durch messer geschwächten Abschnitt 36 der Ventilnadel 18 ist ein mit Kraftstoff gefüllter Druckraum 38 gebildet, der über eine schrägver laufende Längsnut 40 im geführten Abschnitt der Ventilnadel 18 mit einer Kammer 42 im Düsenkörper 10 verbunden ist. Diese hat über einen Ringraum 44 und Querbohrungen 46 in der Buchse 30 Verbindung mit einer Kammer 48 im Düsenhalter 14, in welcher die Schließfeder 24 angeordnet ist und in welche der Anschlußstutzen 16 mündet.

In der Kammer 42 ist eine Druckfeder 50 angeordnet, die sich über eine Ringscheibe 52 an der unteren Stirnseite 54 der Buchse 30 ab stützt und an einem Ringbund 56 der Ventilhülse 34 angreift. Die untere Stirnseite der Ventilhülse 34 ist nach innen kegelig ausge führt und ihr Kegelwinkel ist kleiner als der Kegelwinkel der Ven tilsitzfläche 22 am Schließkopf 20 gewählt. Dadurch ergibt sich am Außenumfang der Ventilhülse 34 eine Dichtkante 58, die zusammen mit dem Schließkopf 20 einen Ventilspalt für zentrale Kraftstoff-Schirm strahlen bildet bzw. steuert. In der dargestellten Schließlage der Ventilnadel 18 liegt die Dichtkante 58 der Ventilhülse 34 unter dem Einfluß der Druckfeder 50 an dem Schließkopf 20 dichtend an, wobei der Ringbund 56 der Ventilhülse 34 einen axialen Abstand h _v zu einer Ringscheibe 59 einnimmt, welche auf einer Ringschulter 60 des Düsenkörpers 10 aufliegt.

Die Ventilhülse 34 ist am Mantelumfang mit mehreren radialen Schlitzen 62 versehen, welche aus dem Druckraum 38 herausführen und Spritzöffnungen für gebündelte Kraftstoffstrahlen, sogenannte Schnurstrahlen, bilden. In der in Fig. 2 dargestellten Schließ stellung der Ventilnadel 18 sind die Schlitze 62 durch die Bohrungs wand des Düsenkörpers 10 und zusätzlich durch den am Ventilsitz 26 anliegenden Schließkopf 20 zum Brennraum hin dicht verschlossen. An den Ventilsitz 26 schließt sich eine sphärisch gewölbte Leitwand 64 für die Kraftstoff-Schirmstrahlen an, die sich bis zur brennraum seitigen Stirnwand 66 des Düsenkörpers 10 erstreckt und dort mit einem Kegelwinkel ausmündet, der kleiner als der Kegelwinkel der Ventilsitzfläche 22 am Schließkopf 20 ist. Der die Leitwand 64 um gebende Ringrandbereich des Düsenkörpers 10 ist in den Radialebenen der Schlitze 62 ebenfalls mit radialen Schlitzen 68 versehen, durch welche die gebündelten Kraftstoff-Schnurstrahlen ungehindert in den Brennraum gelangen.

Die beschriebene Einspritzdüse arbeitet wie folgt:

Wenn zu Beginn eines Einspritzvorganges der ansteigende Kraftstoff druck die Differenzkraft der beiden Federn 24 und 50 erreicht hat, werden die Ventilnadel 18 und die Ventilhülse 34 gemeinsam nach unten verschoben, wobei die Schlitze 62 in der Ventilhülse 34 frei gegeben und gebündelte Kraftstoffstrahlen in der gewünschten Richtung in den Brennraum eingespritzt werden. Wenn die Teile den Vorhub h _v zurückgelegt haben, kommt die Ventilhülse 34 zur Anlage an der Ringscheibe 59 bzw. der Ringschulter 60 des Düsenkörpers 10. Danach wirkt die Druckfeder 50 nicht mehr im Öffnungssinn auf die Ventilhülse 34 und die Ventilnadel 18 ein, so daß der Kraftstoff druck erst um eine gewisse Stufe ansteigen muß, bevor er die Ven tilnadel 18 allein in die Endstellung zu verschieben vermag, in welcher der Stützkörper 31 an der Buchse 30 anschlägt. Bei diesem Resthub der Ventilnadel 18 hebt der Schließkopf 20 von der Ventil hülse 34 ab, so daß der ringförmige Ventilspalt zwischen diesen Teilen geöffnet wird und der unter hohem Druck ausgespritzte Kraft stoff zusätzlich in Form eines Schirmstrahles in den Brennraum ge langt. Am Ende des Einspritzvorganges laufen die Bewegungen der Teile in umgekehrter Reihenfolge ab.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind die Spritzöffnungen für die ge bündelten Kraftstoffstrahlen durch radiale Schlitze 62 gebildet, die stirnseitig offen sind und daher gleichzeitig sofort zu Beginn der Ventilnadel-Öffnungsbewegung freigegeben werden. In manchen Fällen kann es jedoch zweckmäßig sein, die Spritzöffnungen für die ge bündelten Kraftstoffstrahlen durch axiales Versetzen zu unterschied lichen Zeiten freizugeben. In anderen Fällen kann es vorteilhaft sein, daß die gebündelten Kraftstoffstrahlen nicht radial ausge spritzt werden bzw. daß sich die Strahlrichtung über den Hub der Ventilhülse 34 hinweg ändert.

In Fig. 3 ist eine Variante 34 a der Ventilhülse dargestellt, die zwei sich diametral gegenüberliegende Schlitze 62 für sofort bei Öffnungsbeginn ausspritzenden Kraftstoff und einen dazu um 90° ver setzten Längsschlitz 72 für mit geringer Verzögerung ausspritzenden Kraftstoff hat. Dieser geht von einer Ringnut 74 aus, die über Quer bohrungen 76 mit dem Druckraum 38 verbunden ist und endet in einem axialen Abstand s vor der Dichtkante 58 der Ventilhülse 34 a, welcher der gewünschten Verzögerung entspricht.

Bei der Variante nach Fig. 4 ist die Ventilhülse 34 b mit Schlitzen 78 versehen, welche wie die Schlitze 62 die gesamte Wand der Ven tilhülse durchdringen und auch an deren Stirnseite ausmünden. Die Besonderheit der Schlitze 78 ist, daß sie über ihre ganze axiale Länge hinweg einen unterschiedlichen Austrittswinkel w gegenüber einer Radialebene 80 haben. Diese Schlitze 78 können beispielsweise durch Laserstrahl bei sich drehender und verschiebender Ventilhülse 34 b eingearbeitet werden.

Ein ähnlicher Effekt läßt sich erzielen, wenn anstelle eines ge wundenen Schlitzes 78 eine einfache Bohrung oder ein gerader Längs schlitz vorgesehen wird und der Ventilhülse 34 b bei ihrer Längs verschiebung eine Drehung aufgezwungen wird. Das kann z.B. durch einen gehäusefesten Stift erfolgen, der in eine entsprechend geformte kurvenförmige Nut im Bund der Ventilhülse 34 b eingreift.

Claims

1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit einer ver schiebbar in einem Düsenkörper gelagerten Ventilnadel, die von einer Schließfeder entgegen der Kraftstoffströmung zu einem ersten ge häusefesten Anschlag hin gedrückt und entgegengesetzt dazu vom Kraftstoff in dessen Strömungsrichtung beaufschlagt ist, ferner mit einer im Düsenkörper stromauf eines Schließkopfes der Ventilnadel verschiebbar gelagerten Ventilhülse, die mit der Ventilnadel einen mit Kraftstoff gefüllten Druckraum begrenzt, im Bereich dieses Druckraums mit seitlichen Spritzöffnungen für gebündelte Kraft stoffstrahlen versehen ist und mit ihrem stromabliegenden Stirnrand und einer kegeligen Ventilsitzfläche am Schließkopf der Ventilnadel einen Ventilspalt für zentrale Kraftstoff-Schirmstrahlen steuert, ferner mit einem Federelement zum Andrücken der Ventilhülse an den Schließkopf der Ventilnadel in deren Schließstellung, und außerdem mit einem zweiten gehäusefesten Anschlag, an welchem die beim Öffnungshub mit der Ventilnadel zunächst mitbewegte Ventilhülse nach einem die seitlichen Spritzöffnungen aufsteuernden Vorhub zur Anlage kommt, wonach der Schließkopf von der Ventilhülse abhebt und den Ventilspalt für die zentralen Schirmstrahlen des Kraftstoffs öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Abfangen der Ventilnadel (18) in der Schließstellung dienende erste gehäusefeste Anschlag in an sich bekannter Weise durch einen Ventilsitz (26) am Düsenkörper (10) ge bildet ist, der mit dem Schließkopf (20) der Ventilnadel (18) einen zweiten Ventilspalt begrenzt, welcher den Spritzöffnungen (62) der Ventilhülse (34) und dem zwischen dieser und dem Schließkopf (20) gebildeten zentralen Ventilspalt nachgeschaltet ist, und daß zum An drücken der Ventilhülse (34) an den Schließkopf (20) ein zusätz liches Federelement (50) vorgesehen ist, welches sich stromauf an einer die Ventilnadel (18) umgebenden gehäusefesten Schulter (54) abstützt und ständig auf die Ventilhülse (34) einwirkt.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäusefeste Schulter (54) zur Abstützung des zusätzlichen, vorzugs weise als Schraubendruckfeder ausgebildeten Federelementes (50) an der stromabliegenden Stirnseite einer im Düsenkörper (10) be festigten Buchse (30) gebildet ist, deren stromaufliegender Endab schnitt die Ventilnadel (18) führt und die mit einer axialen Schulter (28) zum Abstützen der Schließfeder (24) versehen ist.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Schließkopf (20) der Ventilnadel (18) zugekehrte Stirnseite der Ventilhülse (34) nach innen kegelig ausgebildet ist und daß ihr Kegelwinkel kleiner als der Kegelwinkel der Ventilsitzfläche (22) des Schließkopfes (20) gewählt ist.

4. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der mit dem Schließkopf (20) der Ventilnadel (18) zu sammenarbeitende Ventilsitz (26) am Düsenkörper (10) als Dichtkante ausgebildet ist, deren Durchmesser etwa dem Führungsdurchmesser der Ventilhülse (34) im Düsenkörper (10) entspricht.

5. Einspritzdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Ventilsitz (26) des Düsenkörpers (10) eine sphärisch gewölbte Leitwand (64) für die Kraftstoff-Schirmstrahlen anschließt, deren in der Ebene der brennraumseitigen Stirnwand (66) des Düsenkörpers (10) gemessener Kegelwinkel kleiner als der Kegelwinkel der Ventilsitz fläche (22) des Schließkopfes (20) ist.

6. Einspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Leitwand (64) umgebende Ringrandbereich des Düsenkörpers (10) in den Radialebenen der Spritzöffnungen (62) in der unverdrehbar im Düsenkörper (10) geführten Ventilhülse (34) mit Schlitzen (68) zum Durchtritt der aus den Spritzöffnungen (62) austretenden gebündelten Kraftstoffstrahlen versehen ist.

7. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (34 a) mit mehreren in Umfangs richtung und axial versetzt zueinander angeordneten Spritzöffnungen (62, 72) versehen ist.

8. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spritzrichtung aus mindestens einer Spritzöffnung (78) in der Ventilhülse (34 b) über deren Hub hinweg ändert.

9. Einspritzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß min destens eine Spritzöffnung (78) eine axiale Längserstreckung hat und sich der Ausspritzwinkel (w) der Spritzöffnung (78) gegenüber einer Radialebene (80) mindestens über einen Teil der axialen Länge der Spritzöffnung (78) hinweg ändert.

10. Einspritzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (34 b) so im Düsenkörper (10) geführt ist, daß sie bei Längsverschiebung zwangsläufig eine Drehung ausführt.