DE4403148A1 - Elektromagnetisch ansteuerbare Mehrstrahleinspritzdüse, vorzugsweise für Verbrennungsmotoren mit zwei Ansaugkanälen pro Zylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektromagnetisch ansteuerbare Mehrstrahleinspritzdüsen, vorzugsweise für Verbrennungsmotoren mit zwei Ansaugkanälen pro Zylinder, mit dem im Oberbegriff des Hauptanspruches beschriebenen Aufbau.

Allgemein vorbekannt sind elektromagnetisch ansteuerbare Mehrstrahldüsen der vorbestimmten Gattung, bei denen eine die Spritzkanäle steuernde Ventileinrichtung gegen Einspritzdruck und Federkraft vermittels eines Elektromagneten aufsteuerbar ist.

Vorbekannt ist durch Schrift DE 33 44 229 A1 auch eine elektromagnetisch ansteuerbare Ein­ spritzdüse, die zwei zueinander zentrische, nacheinander angeordnete Einspritzkanäle für glei­ chen Strahlverlauf, jedoch mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist. Der größere Einspritz­ kanal ist dabei dem kleineren in Strahlrichtung nachgeordnet. Jeder der Einspritzkanäle ist durch eine elektromagnetisch betätigte Ventilstrecke gegen den Einspritzdruck aufsteuerbar. Dabei kann jede Ventilstrecke einzeln oder beide gemeinsam freigegeben werden.

Vorbekannt sind vom Einspritzdruck abhängig aufsteuerbare Mehrstrahleinspritzdüsen gemäß DE 33 32 920 A1, bei denen die Ventilnadel zweigeteilt ausgeführt ist und damit einen mittel­ bar unabhängig betätigbaren zentralen Dichtkegel aufweist. Der zentrale Dichtkegel ist im äußeren Dichtkegelbereich der Düsennadel zentrisch geführt und ruht unter der Kraft einer Feder, die am zweiten Dichtkegelabschnitt gegengelagert ist, im unteren Bereich des Dichtsitzes. Dieser zentrale Dichtkegel weist eine hydraulisch beaufschlagbare Ringfläche auf, die über den Öffnungsspalt des zweiten Dichtkegelabschnittes beaufschlagbar ist.

Der zweite äußere, den zentralen Dichtkegel umgebende Dichtkegelabschnitt der Ventilnadel ist mittels einer gegen das Gehäuse des Einspritzventils abgestützten Feder auf dem Dichtsitz in dessen oberen Bereich gehalten.

Abhängig vom sich aufbauenden Einspritzdruck öffnet erst der zweite Dichtkegelabschnitt und dann folgend, bei genügender Einspritzdruckhöhe im Abströmspalt des zweiten Dichtkegelab­ schnittes, der zentrale Dichtkegel der Düsennadel.

Vorbekannt ist durch die DE 38 24 467 A1 ebenfalls eine Mehrstrahleinspritzdüse mit zweige­ teilter Ventilnadel, wobei jedoch über eine neben dem Einspritzdruck wirkende Drucksteuerung beide Nadelteile unabhängig betätigbar, d. h. aufsteuerbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektromagnetisch ansteuerbare Mehrstrahleinspritz­ düsen mit teilweise einzeln aufsteuerbaren Spritzkanälen bei einfachem Aufbau zu erzielen.

Erfindungsgemäß wird dies durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches genannten Merkmale erreicht. Mit nur einem Elektromagneten ist entweder nur ein Ansaugkanal oder es sind zwei Ansaugkanäle mit Kraftstoff speisbar.

An Hand einer Zeichnung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Mehrstrahleinspritzdüse mit unterschiedlichen Ventileinrichtungen, dargestellt im Längsschnitt;

Fig. 2 die Anordnung einer erfindungsgemäßen Mehrstrahleinspritzdüse gemäß Fig. 1 in einem vorzugsweise zweiarmig verzweigten Ansaugkanal einer Zylinder­ einheit mit zwei Ansaugventilen;

Fig. 3a u. 3b eine andere Ausführung der Ventileinrichtung mit zwei Kegelschließkörpern im Zustand mit einem bzw. zwei offenen Ventileinrichtungen;

Fig. 4 eine elektromagnetisch gesteuerte Anschlaganordnung für die Düsennadel;

Fig. 5 eine hydraulisch gesteuerte Anschlaganordnung für die Düsennadel;

Fig. 6 ein Diagramm, welches die vom Elektromagneten aufzubringenden Kräfte zum Öffnen der Ventileinrichtungen bei einer erfindungsgemäßen Mehr­ strahleinspritzdüse gemäß Fig. 1 zeigt;

Fig. 7 den Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Mehrstrahleinspritzdüse mit unterschiedlichen polarisierten Magnetankern für die elektromagnetische Steuerung, dargestellt im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Mehrstrahleinspritzdüse mit unterschiedlichen Schließ­ körpern dargestellt.

In einem mehrteiligen Gehäuse 1 sind ein Elektromagnet 2, dessen Kontaktanordnung zur Stromzuführung 3, Anschluß und Kanal 4 für die Speisung der Einspritzdüse 5 mit Kraftstoff sowie spezifische Aufnahme-, Anschlags- und Dichtungsanordnungen enthalten. Den Anker 6 des Elektromagneten 2 bildet direkt oder indirekt eine Düsennadel 7 oder ein anderes Verschluß­ teil, das durch eine im Gehäuse 1 abgestützte Feder 8 in Richtung des Düsenkörpers 9 gedrückt wird.

Dem im Gehäuse 1 abgedichtet befestigten Düsenkörper 9 mit mehreren Spritzkanälen 10; 11 sind steuernde Ventileinrichtungen 100; 110 zugeordnet und ragt entsprechend der zu erzielenden Strahlrichtung in den vorzugsweise zweiarmig verzweigten Ansaugkanal A einer Zylindereinheit mit zwei Ansaugventilen hinein, siehe Fig. 2.

Die Ventileinrichtungen 100; 110 sind vom Elektromagneten 2 nacheinander, vom Hub des Elektromagneten 2 abhängig, gegen die aus dem Kraftstoffdruck resultierende Kraft und gegen die Kräfte der Federn 8 und 12 aufsteuerbar.

Der Spritzkanal 10 ist von der Ventileinrichtung 100 mit dem Kegelsitz 91 im Düsenkörper 9 und der Dichtkontur 71 an der Düsennadel 7 gesteuert. Die Steuerung des Spritzkanals 11 er­ folgt über eine Stirnfläche 141 des Schiebers 14 und den Flachsitz 92 im Düsenkörper 9. Mittels einer Feder 13 ist die Stirnfläche 141 des Schiebers 14 gegen den Flachsitz 92 gedrängt. Der Druckschieber 14 ist über seinen Anschlag 142 von der Düsennadel 7 mittels deren Anschlag 72 mitnehmbar gegen die Kraft der Feder 13 und die aus dem Druck des Kraftstoffes resultierenden Kräfte am Schieber 14, jedoch erfolgt dies erst bei größerem Hub der Düsennadel 7.

In Fig. 3a und 3b ist eine andere Ausführung der beiden Ventileinrichtungen mit Sitzkörpern 71 bzw. 20 und einem gemeinsamen Innensitzkegel 90 im Düsenkörper 9 dargestellt. Die erste Fig. 3a zeigt den Zustand mit nur einer bzw. die zweite Fig. 3b mit beiden offenen Ventilein­ richtungen, dabei sind die Zuflußspalten zu den Spritzkanälen 10; 11 jeweils mit ÖS gekenn­ zeichnet.

Bei geringem Hub des Elektromagneten 2 hebt ausschließlich die Düsennadel 7 mit ihrem Sitz­ körper 71 vom Innensitzkegel 90 ab, der Spritzkanal 10 wird beaufschlagt und der Einspritz­ strahl tritt aus. Der Sitzkörper 20 hält unter der Kraft der Feder 13 und der resultierenden Kraft aus dem Kraftstoffdruck den vom Innensitzkegel 90 ausgehenden Spritzkanal 11 geschlossen, siehe Fig. 3a.

Der Sitzkörper 20 ist mit einem Radialschlitz 201 versehen und greift mit diesem in eine radial abgeflachte Partie 75 an der Düsennadel 7 mit axialem Spiel zur Stirnfläche 76 der abgeflachten Partie 75 ein. Erst wenn der Hub der Düsennadel 7 ihren Sitzkegel 71 vom Innensitzkegel 90 um einen bestimmten Betrag angehoben hat, erfolgt die Mitnahme des Sitzkörpers 20 über dessen Fläche 202 mittels der axialen Flächen 76 an der Partie 75 der Düsenadel 7.

Bei großem Hub des Elektromagneten 2 hebt dann sowohl die Düsennadel 7 mit ihrem Sitz­ körper 71 vom Innensitzkegel 90 als auch der Sitzkörper 20 ab, beide Spritzkanäle 10; 11 werden beaufschlagt und die Einspritzstrahlen treten aus. Der Kegelsitzkörper 20 wird gegen die Kraft der Feder 13 und die resultierende Kraft aus dem Kraftstoffdruck vom Innensitzkegel 90 abgehoben, siehe Fig. 3b.

In Fig. 4 ist eine elektromagnetisch steuerbare Anschlagsanordnung für die gegen die Feder 8 öffnende Düsennadel 7 gezeigt.

Im Normalfall, der Elektromagnet 30 ist nicht eingeschaltet, öffnet die Düsennadel 7 mit einem Hub ÖH bis zur Anlage an der Stirnseite des Anschlages 31, der durch die Feder 32 axial im Gehäuse 1 angelegt ist.

Bei gewünschtem größeren Hub - ÖH + zÖH - der Düsennadel ist der Elektromagnet 30 ein­ geschaltet, wobei der Anschlag 31 entgegen der Feder 32 nach einem Hub zÖH axial gegen eine obere Anlagefläche 18 im Gehäuse 1 angelegt ist.

In Fig. 5 ist eine hydraulisch durch den Kraftstoffdruck mittels einer Druckdose 40 steuerbare
Anschlagsanordnung für die gegen die Feder 8 öffnende Düsennadel 7 gezeigt.

Bei niedrigem Kraftstoffdruck öffnet die Düsennadel 7 mit einem Hub ÖH nur bis zur Anlage an der Stirnseite des Anschlages 41, der durch die Feder 42 und die Axialkraft der Druckdose 40 axial im Gehäuse 1 angelegt ist.

Bei gewünschtem größeren Hub - ÖH + zÖH - der Düsennadel 7 liegt höherer Kraftstoffdruck an, wobei der Anschlag 41 entgegen der Feder 42 die Druckdose 40 um einen Betrag zÖH axial zusammenzudrücken vermag.

Die Düsennadel 7 kann jetzt einen größeren, auch über den Kraftstoffdruck in seiner Größe variierbaren Hub - ÖH + zÖH - bei eingeschaltetem Elektromagnet 30 ausführen.

Infolgedessen kann mit den Einrichtungen nach Fig. 4 und 5 mittels des zweiten Elektromag­ neten 30 oder des Kraftstoffdruckes auch der vom Hub der Düsennadel 7 abhängige Öffnungs­ punkt der zweiten Ventileinrichtung 110 beeinflußt werden.

In Fig. 6 zeigt ein Diagramm der vom Elektromagneten 2 aufzubringenden Kräfte zum Öffnen der Ventileinrichtungen 100 und 110 gegen die wirkenden Kräfte der Federn 8 und 12 oder 13 bei einer erfindungsgemäßen Mehrstrahleinspritzdüse gemäß Fig. 1 und 2. Beide Federn 8 und 12 oder 13 halten mit einer Vorspannkraft V₈; V₁₂ oder V₁₃ die ihnen zugehörige Ventileinrich­ tung 100 bzw. 110 geschlossen, siehe Kurve a und b.

Soweit ausschließlich die Ventileinrichtung 100 mit einem Hub < ΔF = 0,1 öffnen soll, genügt für den Elektromagneten 2 ein Stromfluß, der eine Anzugskraft größer der Summe von Vorspann­ kraft der Feder 8 und der Kraft aus der hydraulischen Beaufschlagung mit Kraftstoff bewirkt. Soll sowohl die Ventileinrichtung 100 als auch die Ventileinrichtung 110 öffnen, bei einem Weg < ΔF = 0, 1, so muß der Elektromagnet 2 einen so starken Stromfluß aufweisen, daß er eine An­ zugskraft - Kurve c - größer der Summe aus der Kraft der Feder 8, der Vorspannkraft der Feder 12 oder 13 und der entgegenwirkenden Kraft aus der hydraulischen Beaufschlagung mit Kraftstoff entwickelt.

Durch den sich ergebenden signifikanten Kräftesprung zum Öffnen der zweiten Ventileinrichtung 110 ist eine sichere Auswahl zwischen ein und zwei zu öffnenden Ventileinrichtungen 100 und 110 durch eine Stromsteuerung für den Elektromagneten 2 möglich.

Eine gleichartige Funktion läßt sich erreichen, wenn die Düsennadel 7 von zwei einzeln oder gemeinsam einschaltbaren, parallel geschalteten Magnetspulen ansteuerbar ist. Diese mögliche Ausführung ist nicht in einer Figur dargestellt, baulich entspricht sie der Fig. 1, jedoch weist der Elektromagnet 2 zwei Magnetspulen und entsprechende Anschlüsse auf.

Fig. 7 zeigt den Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Mehrstrahleinspritzdüse mit unter­ schiedlichen polarisierten Magnetankern für die elektromagnetische Steuerung, dargestellt im Längsschnitt.

Bei dieser Ausführung ist die Düsennadel 7 Träger eines Tauchankers 75, der magnetisch ge­ trennt auf ihr befestigt ist und in den Elektromagneten 30 hineinreicht. Damit wird die Düsen­ nadel 7 bei eingeschaltetem Elektromagneten 30 entgegen der Feder 8 und dem wirkenden Kraftstoffdruck stets von ihrem Sitz abgehoben.

Der Ventilschieber 13 reicht mit einer Stirnfläche 135 axial bis an den Elektromagneten 30 heran, wobei diese Stirnfläche 135 polarisiert magnetisiert ist. Der Ventilschieber 13 wird hierdurch aus­ schließlich bei einer solchen Polung des Stromflusses entgegen der Kraft der Feder 12 und dem wirkenden Kraftstoffdruck angehoben, bei der der Elektromagnet 2 und die Stirnfläche eine komplementäre Magnetisierung aufweisen.

Damit ist der Ventilschieber 13 wählbar zur Düsennadel 7 durch Umpolung des Stromflusses für den Elektromagneten 2 ansteuerbar.

Die in Anspruch 9 gekennzeichnete elektromagnetisch ansteuerbare Mehrstrahleinspritzdüse mit ebenfalls zwei, die Spritzkanäle gegen Einspritzdruck und Federkraft aufsteuernden Ven­ tileinrichtungen gleicht in ihrem Aufbau weitgehend der in Fig. 7 gezeigten Ausführung. Abwei­ chend ist nur die Anordnung von zwei getrennt ansteuerbaren Elektromagneten, die im Bau­ raum des Magneten 30 eingeordnet sind. Der erste Elektromagnet umgibt dabei den Tauch­ anker 75 und der zweite ist der polarisiert magnetischen Stirnfläche 135 des Schiebers 13 zu­ geordnet. Bei dieser Anordnung sind beide Ventileinrichtungen 100; 110 völlig unabhängig voneinander ansteuerbar.

Generell könnte die Düsennadel 7 auch mit einer Kugelverschlußkontur ausgebildet sein, die mit einem zentralen Kegelsitz im Düsenkörper 9 zusammenwirkt. Im übrigen sind im Rahmen des erfindungsgemäßen Aufbaues der Mehrstrahldüse jeweils die bekannten unterschiedlichen Sitzarten für die Ventileinrichtungen 100 und 110 anwendbar.

Claims (10)

1. Elektromagnetisch ansteuerbare Mehrstrahleinspritzdüse, vorzugsweise für Verbrennungsmotoren mit mindestens zwei Ansaugkanälen pro Zylinder, mit folgendem Aufbau:

• - in einem Gehäuse (1) sind eine Ventileinrichtung (100) und ein Düsenkörper (9) mit Spritzkanälen (10; 11) sowie ein die Ventileinrichtung (100) betätigender Elektromagnet (2) angeordnet;
• - die, die Spritzkanäle (10; 11) steuerende Ventileinrichtung (100) ist gegen Einspritzdruck und Federkraft vermittels des Elektromagneten (2) aufsteuerbar,
  gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
• - die Spritzkanäle (10; 11) verlaufen in einem Düsenkörper (9) in unterschiedlichen Bereichen eines Dichtsitzes (91; 92) endend;
• - die Ventilnadel 7 weist eine zweigeteilte Ventileinrichtung (100; 110) auf;
• - die erste zentrale Ventileinrichtung (100) ist mittels der Kraft einer Feder (8) im zentralen Bereich des Dichtsitzes (11) angelegt;
• - die zweite Ventileinrichtung (110) ist zur zentralen Ventileinrichtung (100) konzentrisch geführt und mittels einer Feder (13) auf dem Dichtsitz in dessen äußerem Bereich abgestützt;
• - die Ventilnadel (7) weist eine in Öffnungsrichtung erst nach einem bestimmten Nadelweg zur Mitnahme des Sitzkörpers (20) wirksame Fläche (76) zum Öffnen der zweiten Dichtanordnung (110) auf.

2. Elektromagnetisch ansteuerbare Doppeleinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Ventilnadel (7) betätigende Elektromagnet (2) mit unterschiedlichem Strom ansteuerbar ist, wobei ein erster niedriger Strom nur einen solchen geringen Nadelweg einstellt, wobei die Fläche (76) den zweiten Sitzkörper (20) nicht mitnimmt, jedoch ein zweiter hoher Strom einen größeren Nadelweg bewirkt, der vermittels der Fläche (76) den zweiten Sitzkörper (20) von seinem Sitz abgehoben hält.

3. Elektromagnetisch ansteuerbare Doppeleinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (7) von zwei einzeln oder gemeinsam einschaltbaren Elektromagneten (2) ansteuerbar ist.

4. Elektromagnetisch ansteuerbare Mehrstrahleinspritzdüse, vorzugsweise für Verbrennungs­ motoren mit mindestens zwei Ansaugkanälen pro Zylinder, mit folgendem Aufbau:

• - in einem Gehäuse (1) sind zwei elektromagnetisch betätigte Ventilein­ richtungen (100; 110) angeordnet;
• - die, die Spritzkanäle (10; 11) steuernden Ventileinrichtungen (100; 110) sind gegen Einspritzdruck und Federkraft vermittels eines Elektromagneten (30) aufsteuerbar;
• - eine zentrale Ventilnadel (7) und ein hierzu koaxialer Ventilschieber (13) bilden mit den jeweilig zugehörigen Ventilsitzen, in denen die Spritzkanäle (10; 11) münden, zwei unabhängige Ventileinrichtungen (100; 110);

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - die Spritzkanäle (10; 11) sind in einem Düsenkörper (9) in unterschiedlichen Bereichen eines Dichtsitzes endend angeordnet;
• - die erste zentrale Ventileinrichtung (100) ist mittels Federkraft im zentralen Bereich des Dichtsitzes angelegt;
• - der Ventilschieber (13) ist mittels einer Feder (12) auf dem äußeren Bereich des Dichtsitzes abgestützt und weist einen polarisiert magnetischen Anker (135) auf, der axial an den einzigen Elektromagneten (30) anlegbar ist.

5. Elektromagnetisch ansteuerbare Doppeleinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsennadel (7) im Bereich des Angriffes der auf Schließen gerichteten Feder (8) ein gegen die Kraft einer Feder (32; 42) stellbarer Anschlag (41; 42) zugeordnet ist.

6. Elektromagnetisch ansteuerbare Doppeleinspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gegen die Kraft einer Feder (32) stellbare Anschlag (31) als Anker eines Elektromagneten (30) ausgebildet ist.

7. Elektromagnetisch ansteuerbare Doppeleinspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gegen die Kraft einer Feder (42) stellbare Anschlag (42) auf einer im Gehäuse (1) angeordneten, vom Kraftstoffdruck in ihrer Höhe veränderbare Druckdose (40) abgestützt ist.

8. Elektromagnetisch ansteuerbare Doppeleinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzkanäle (10; 11), die im Düsenkörper (9) in unterschiedlichen Höhenbereichen oder Radialbereichen des Dichtsitzes (91; 92) münden, mindestens aus dem unteren bzw. zentralen Dichtsitzbereich (91) nur in einen der getrennten Ansaugkanäle mit einem ständig in allen Betriebsbereichen öffnenden Ansaugventil gerichtet sind.

9. Elektromagnetisch ansteuerbare Mehrstrahleinspritzdüse, vorzugsweise für Verbrennungs­ motoren mit mindestens zwei Ansaugkanälen pro Zylinder, mit folgendem Aufbau:

• - in einem Gehäuse (1) sind zwei, die Spritzkanäle (10; 11) gegen Einspritzdruck und Federkraft aufsteuernde Ventileinrichtungen (100; 110) mit je einem zuge­ hörigen Elektromagneten angeordnet;
• - eine zentrale Ventilnadel (7) und ein hierzu koaxiales Ventilglied (13) bilden mit den jeweilig zugehörigen Ventilsitzen, in denen die Spritzkanäle (10; 11) münden, zwei unabhängige Ventileinrichtungen; gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
• - die Spritzkanäle (10; 11) sind in einem Düsenkörper in unterschiedlichen Bereichen eines Dichtsitzes endend angeordnet;
• - die erste zentrale Ventileinrichtung (100) ist mittels Federkraft im zentralen Bereich des Dichtsitzes angelegt;
• - die zweite Ventileinrichtung (110) ist zur zentralen Ventileinrichtung (100) konzentrisch geführt und mittels einer Feder (12) auf dem äußeren Bereich des Dichtsitzes abgestützt.