EP0293371B1 - Kraftstoff-einspritzdüse für brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoff-einspritzdüse für brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0293371B1
EP0293371B1 EP87900644A EP87900644A EP0293371B1 EP 0293371 B1 EP0293371 B1 EP 0293371B1 EP 87900644 A EP87900644 A EP 87900644A EP 87900644 A EP87900644 A EP 87900644A EP 0293371 B1 EP0293371 B1 EP 0293371B1
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EP
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flats
nozzle
valve needle
section
injection nozzle
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Ewald Eblen
Rolf Jürgen GIERSCH
Karl Hofmann
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/06—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves being furnished at seated ends with pintle or plug shaped extensions

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection nozzle according to the preamble of the main claim.
  • Injectors of this type have the advantage. that the passage cross section formed by the flattening of the throttle pin in the nozzle bore tends to coke less than an annular gap between a fully cylindrical throttle pin and the nozzle bore.
  • the throttle pin has a plurality of flats which are distributed symmetrically over the circumference and are all of the same length. i.e., end in the same cross-sectional plane of the throttle pin. Throttle pegs designed in this way do not allow splitting into cold starts, idling, part-load or full-load operation.
  • the arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantages that the individual operating stages of the engine are covered by the flats of different lengths, that the variable angles of the flats can be injected into the combustion chamber in different directions and that the flats are also can be produced with measures that are easy to control and monitor in production.
  • the two flats of the throttle pin can have different distances from the nozzle axis, i.e. be ground to different depths, which means that the injection characteristics can also vary or can be optimally adapted to certain engine types.
  • the two flats can preferably be arranged offset from one another by an angle of 180 °. This has the advantage that the radial forces exerted by the fuel on the throttle pin largely compensate for each other in the stroke range in which both flattenings are effective.
  • one of the flats can also be advantageous to design one of the flats as two flats which are arranged axially one behind the other and have different depths and which merge into one another at a step edge. If necessary, more than two flats, e.g. three, can be provided one behind the other, so that there are two. Furthermore, one or more flats can be arranged obliquely to the nozzle axis.
  • FIG. 1 shows an enlarged longitudinal section through the injection-side end of the first embodiment
  • FIG. 2 shows a section along the line 11-11 in FIG. 1
  • FIG. 3 shows the second embodiment in a representation corresponding to FIG. 1
  • FIG. 4 shows a section along the line IV -IV in Figure 3.
  • the injection nozzle according to FIGS. 1 and 2 has a nozzle body 10, in which a valve seat 12 opposed to the fuel flow is formed and a valve needle 14 is displaceably mounted. This forms a sealing cone 16 which cooperates with the valve seat 12 and to which a throttle pin 18 adjoins, which projects into a nozzle bore 20 which adjoins the valve seat 12. At the transition between the valve seat 12 and the nozzle bore 20, an annular edge 22 is formed on the nozzle body 10. An injection molding pin 26 is formed on the throttle pin 18 starting at an annular edge 24.
  • the valve needle 14 is pressed against the valve seat 12 by a closing spring and is lifted from the valve seat 12 by the increasing fuel pressure at the start of injection.
  • the throttle pin 18 is provided with two diametrically opposite flats 30, 32 that run parallel to the nozzle axis 28. through which two preferred passage cross sections 34 and 36 are formed in the nozzle bore 20.
  • the two flats 30, 32 start from the front ring edge 24 of the throttle pin 18 and have different lengths a, b, and different distances c, d from the nozzle axis 28.
  • the length a of the flat 30 is dimensioned such that the valve needle is already in the closed position 14 the passage cross section 34 is present.
  • the length b of the flat 32 is dimensioned such that, in the closed position of the valve needle 14, the step edge 38 formed at the end of the flat 32 lies below the ring edge 22 of the nozzle body 10 by an overlap length 1.
  • the diameter of the throttle pin 18 is only smaller by the amount of a necessary movement gap than the diameter of the nozzle bore 20.
  • the distance c of the longer flat 30 from the nozzle axis 28 is chosen so that the size of the preferred passage cross section 34 corresponds approximately to the size of the initial throttle gap of a conventional injection nozzle without surfaces on the throttle pin.
  • the second preferred passage cross section 36 is opened and the throttling of the escaping fuel is considerably reduced. If, during the further course of the opening stroke of the valve needle 14, the ring edge 24 of the throttle pin 18 extends beyond the ring edge 22 on the nozzle body 10, the majority of the fuel is injected unthrottled.
  • the exemplary embodiment according to FIGS. 3 and 4 corresponds in its basic structure to the previously described exemplary embodiment, so that the same parts are provided with the same reference numbers.
  • Only the throttle pin 18a of the valve needle 14a is provided with a further flat 40, which adjoins the flat 36 axially.
  • the flat 40 has a distance e from the nozzle axis 28, which corresponds approximately to the distance c of the opposite flat 30. This results in a step edge 42 between the flats 32 and 40, which is correspondingly lower than the step edge 38 of the throttle pin 18.
  • the length f of the flat 40 is dimensioned such that it ends approximately in the same cross-sectional plane of the throttle pin 18a as the flat 30.
  • the flattening 40 results in the valve needle 14a in the closed position of a further preferred passage cross section 44, which is diametrically opposite the passage cross section 34. It is thereby achieved that the radial forces exerted by the fuel on the valve needle 14a largely cancel each other at the start of injection.
  • the throttle pin 18a is dimensioned so long that it protrudes a little further into the nozzle bore 20 at full stroke of the valve needle 14a. In this end position, the total passage cross section is given by the sum of the passage cross sections 34 and 36. It is conceivable to provide further flattenings at different angles on the throttle pin 18a, which only contribute to the total passage cross section when the valve needle 14a is fully lifted and thus become effective in full load operation.

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Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoff-Einspritzdüse nach der Gattung des Hauptanspruchs. Einspritzdüsen dieser Gattung haben den Vorteil. daß der durch die Abflachung am Drosselzapfen gebildete Durchgangsquerschnitt in der Düsenbohrung weniger zum Verkoken neigt als ein Ringspalt zwischen einem vollzylindrischen Drosselzapfen und der Düsenbohrung. Bei einer bekannten Einspritzdüse der eingangs genannten Gattung (GB-A-2 133 833) weist der Drosselzapfen mehrere Abflachungen auf, die symmetrisch über den Umfang verteilt und alle gleich lang sind. d.h., in derselben Querschnittsebene des Drosselzapfens enden. Solchermaßen ausgebildete Drosselzapfen lassen eine Aufspaltung in Kaltstart, Leerlauf-, Teillast- oder Vollastbetrieb nicht zu. Ferner ist es bekannt (DE-A1-34 26 951) eine sich über die Länge des Drosselzapfens erstreckende Abflachung vorzusehen, die zwei Abflachstufen enthält. Die Herstellung solcher Stufen hat in der Mengenfertigung jedoch den Nachteil, das man entweder mehrere Arbeitsschritte oder teure Spezialwerkzeuge benötigt.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber die Vorteile, daß durch die unterschiedlich langen Abflachungen die einzelnen Betriebsstufen des Motors abgedeckt sind, daß durch die variablen Winkel der Abflachungen untereinander in verschiedenen Richtungen in den Brennraum eingespritzt werden kann und daß ferner die Abflachungen mit in der Fertigung gut beherrschbaren und überwachbaren Maßnahmen herstellbar sind.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Hauptanspruchs möglich.
  • Die beiden Abflachungen des Drosselzapfens können unterschiedliche Abstände zur Düsenachse haben, d.h. unterschiedlich tief angeschliffen sein, wodurch sich die Einspritzcharakteristik ebenfalls variieren bzw. optimal an bestimmte Motortypen anpassen läßt. In diesem Fall können die beiden Abflachungen vorzugsweise um einen Winkel von 180° zueinander versetzt angeordnet sein. Das hat den Vorteil, daß sich in dem Hubbereich, in welchem beide Abflachungen wirksam sind, die vom Kraftstoff auf den Drosselzapfen ausgeübten Radialkräfte weitgehend ausgleichen.
  • In manchen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, eine der Abflachungen als zwei axial hintereinander angeordnete und unterschiedlich tiefe Abflachungen auszubilden, die an einer Stufenkante ineinander übergehen. Bei Bedarf können auch mehr als zwei Abflachungen, z.B. drei, hintereinander vorgesehen sein, so daß sich zwei .Übergangsstufen ergeben. Ferner können auch eine oder mehrere Abflachungen schräg zur Düsenachse angeordnet sein.
  • Durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 4 erhält man einen von der Düsennadel abhängigen Endquerschnitt auch bei vollem Hub der Ventilnadel. Dadurch ist es möglich bei verschiedenen Motortypen den gleichen Düsenkörper zu verwenden. Auch werden Einstell- und optimierungsaufgaben wesentlich vereinfacht.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen vergrößerten Längsschnitt durch das einspritzseitige Ende des ersten Ausführungsbeispiels, Figur 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 in Figur 1, Figur 3 das zweite Ausführungsbeispiel in einer der Figur 1 entsprechenden Darstellung und Figur 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Figur 3.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Die Einspritzdüse nach den Figuren 1 und 2 hat einen Düsenkörper 10, in welchem ein der Kraftstoffströmung entgegengerichteter Ventilsitz 12 gebildet und eine Ventilnadel 14 verschiebbar gelagert ist. Diese bildet einen mit dem Ventilsitz 12 zusammenarbeitenden Dichtkonus 16, an den sich ein Drosselzapfen 18 anschließt, der in eine Düsenbohrung 20 ragt, welche sich an dem Ventilsitz 12 anschließt. Am Übergang zwischen dem Ventilsitz 12 und der Düsenbohrung 20 ist eine Ringkante 22 am Düsenkörper 10 gebildet. An den Drosselzapfen 18 ist an einer Ringkante 24 beginnend, ein Spritzformungszapfen 26 angeformt. Die Ventilnadel 14 wird von einer Schließfeder gegen den Ventilsitz 12 gedrückt und von dem bei Einspritzbeginn ansteigenden Kraftstoffdruck vom Ventilsitz 12 abgehoben.
  • Der Drosselzapfen 18 ist mit zwei parallel zur Düsenachse 28 verlaufenden, sich diametral gegenüberliegenden Abflachungen 30, 32 versehen. durch welche in der Düsenbohrung 20 zwei bevorzugte Durchlaßquerschnitte 34 und 36 gebildet sind. Die beiden Abflachungen 30, 32 gehen von der vorderen Ringkante 24 des Drosselzapfens 18 aus und haben unterschiedliche Längen a, b, sowie unterschiedliche Abstände c, d zur Düsenachse 28. Die Länge a der Abflachung 30 ist so bemessen, daß bereits in Schließstellung der Ventilnadel 14 der Durchlaßquerschnitt 34 vorhanden ist. Die Länge b der Abflachung 32 ist so bemessen, daß in Schließstellung der Ventilnadel 14 die am Ende der Abflachung 32 gebildete Stufenkante 38 um eine Überdeckungslänge 1 unterhalb der Ringkante 22 des Düsenkörpers 10 liegt.
  • Der Durchmesser des Drosselzapfens 18 ist lediglich um das Maß eines notwendigen Bewegungsspaltes kleiner als der Durchmesser der Düsenbohrung 20 bemessen. Der Abstand c der längeren Abflachung 30 von der Düsenachse 28 ist so gewählt, daß die Größe des bevorzugten Durchlaßquerschnittes 34 in etwa der Größe des anfänglichen Drosselspaltes einer herkömmlichen Einspritzdüse ohne Flächen am Drosselzapfen entspricht. Während eines der Überdeckung 1 entsprechenden Vorhubes der Ventilnadel 14 gelangt der Kraftstoff gedrosselt durch den Durchlaßquerschnitt 34 in den Brennraum der Maschine.
  • Wenn sich die Ventilnadel 14 um den Weg 1 nach oben bewegt hat, wird der zweite bevorzugte Durchlaßquerschnitt 36 geöffnet und die Drosselung des austretenden Kraftstoffs erheblich gemindert. Wenn im weiteren Verlauf des Öffnungshubes der Ventilnadel 14 die Ringkante 24 des Drosselzapfens 18 über die Ringkante 22 am Düsenkörper 10 hinausgelangt, wird die Hauptmenge des Kraftstoffs ungedrosselt eingespritzt.
  • Das Ausführungsbeispiel nach den Figuen 3 und 4 stimmt im grundsätzlichen Aufbau mit dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel überein, so daß gleiche Teile mit den gleichen Bezugszahlen versehen sind. Lediglich der Drosselzapfen 18a der Ventilnadel 14a ist mit einer weiteren Abflachung 40 versehen, die sich axial an die Abflachung 36 anschließt. Die Abflachung 40 hat einen Abstand e von der Düsenachse 28, der etwa dem Abstand c der gegenüberliegenden Abflachung 30 entspricht. Dadurch ergibt sich eine Stufenkante 42 zwischen den Abflachungen 32 und 40, die entsprechend niedriger als die Stufenkante 38 des Drosselzapfens 18 ist. Die Länge f der Abflachung 40 ist so bemessen, daß diese etwa in der gleichen Querschnittsebene des Drosselzapfens 18a endet wie die Abflachung 30.
  • Durch die Abflachung 40 ergibt sich in der Schließstellung der Ventilnadel 14a ein weiterer bevorzugter Druchlaßquerschnitt 44, der dem Durchlaßquerschnitt 34 diametral gegenüberliegt. Dadurch ist erreicht, daß schon bei Einspritzbeginn die sich vom Kraftstoff auf die Ventilnadel 14a ausgeübten Radialkräfte weitgehend aufheben.
  • Der Drosselzapfen 18a ist so lang bemessen, daß er bei vollem Hub der Ventilnadel 14a noch ein Stück weit in die Düsenbohrung 20 hineinragt. In dieser Endstellung ist der gesamte Durchlaßquerschnitt durch die Summe der Durchlaßquerschnitte 34 und 36 gegeben. Es ist vorstellbar, noch weitere Abflachungen unter verschiedenen Winkeln auf dem Drosselzapfen 18a anzubringen, die erst bei vollem Hub der Ventilnadel 14a zum Gesamtdurchlaßquerschnitt beitragen und somit im Vollastbetrieb wirksam werden.

Claims (4)

1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit einem Düsenkörper (10), in welchem ein der Kraftstoffströmung entgegengerichteter Ventilsitz (12) gebildet und eine von diesem nach innen abhebende Ventilnadel (14) verschiebbar gelagert ist, die einen Drosselzapfen (18) trägt, der in Schließstellung der Ventilnadel (14) in eine an den Ventilsitz (12) anschließende Düsenbohrung (20) taucht und an seinem Umfang mindestens zwei um einen Winkel zueinander versetzt angeordnete, von einem brennraumseitigen Ringkantenabschnitt (24) ausgehende Abflachungen (30, 32) zur Bildung eines Durchlaßquerschnitts (34, 36) in der Düsenbohrung (20) hat, welcher in der offenstellung der Ventilnadel (14) größer ist als in deren Schließstellung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der im Winkel zueinander versetzten Abflachungen (30, 32) von dem Ringkantenabschnitt (24) ausgehend unterschiedlich lang ausgeführt sind und dadurch in unterschiedlichen Querschnittsebenen des Drosselzapfens (18) enden.
2. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Abflachungen (30, 32) unterschiedliche Abstände (c, d) zur Düsenachse (28) haben.
3. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Abflachungen (32,40) mit unterschiedlichen Abständen (d, e) zur Düsenachse (28) axial hintereinander angeordnet sind und an einer Stufenkante (42) ineinander übergehen.
4. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselzapfen (18) so bemessen ist, daß er bei vollem Hub der Ventilnadel (14) mindestens noch ein Stück weit in die Düsenbohrung (20) eintaucht, und daß der der Haupteinspritzung entsprechende Endquerschnitt in der Düsenbohrung (20) durch die Abflachung en des Drosselzapfens (18) gebildet und bestimmt ist.
EP87900644A 1986-02-17 1987-01-10 Kraftstoff-einspritzdüse für brennkraftmaschinen Expired - Lifetime EP0293371B1 (de)

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