DE3228079A1

DE3228079A1 - Kraftstoff-einspritzduese fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3228079A1
Application number: DE19823228079
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Ing. 7032 Sindelfingen Füßner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-07-28
Filing date: 1982-07-28
Publication date: 1984-02-02
Also published as: GB2124699B; US4516730A; GB2124699A; JPS5934479A; GB8311584D0

Description

a. 17 90$

2U.5.I982 Ki/ Le

ROBERT 30SCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoff-Einspritzdüse nach der Gattung d^s Hauptanspruchs. Einspritzdüsen die-

ser Gattung haben den Vorteil, daß die Einspritzpumpe und die zu den Einspritzdüsen führenden Druckleitungen für geringe Drücke ausgelegt werden können, veil der für die Einspritzung benötigte Hochdruck erst in den Einspritzdüsen selbst erzeugt wird. Durch das Überströmventil zwischen dem Mitteldruck- und dem Hochdruckraum in der Einspritzdüse tritt beim Zurückgehen des Stufenkolbens nach, dem Schliessen des Einspritzventil^ die für den nächsten Einspritzvorgang benötigte Kraftstoffmenge in den Hochdruckraum über. Bei einer bekannten Einspritzdüse der eingangs genannten Gattung (DE-OS 27' 55 222) ist der Stufenkolben und dessen Hochdruckraum stromauf der Ventilnadel angeordnet, wobei der Hochdruckräum in einem in die Federkammer des Düsengehäuses eingesetzten Zylinderteil gebildet ist. Diese Ausführung benötigt ein zusätzliches Teil und kann bei entsprechender Ausbildung der Rückführfeder für den Stufenkolben auch zusätzlichen Platz in Achsrichtung der Einspritzdüse beanspruchen.

Sine andere bekannten Ausführung einer Einspritzdüse mit Stufenkolben (DE-PS₁ 1+92 378) hat keine Ventilnadel, sondern

J79 0V

ein in Strömungsrichtung des Kraftstoffs öffnendes Ventil, dessen kugelförmiges Schließglied mit seiner Schließfeder in einer zwischen Ventilsitz und Einspritzöffnung gebildeten Srveiterung des Kraftstoffkanals gefangen ist. Bei einer anderen .bekannten Einspritzdüse, die eine Ventilnädel hat und für Vor- und Haupteinspritzung dient (DE-OS 15 "6 478), ist ein Voreinspritzkolben als Stufenkolben ausgebildet, welcher seitlich neben der Ventilnadel angeordnet ist und gegen einen Anschlag läuft, wonach- die. Haupteinspritzmenge über einen den Stufenkolben umgehenden Bypass zur Druckschulter der Ventilnadel gelangt. Diese Ausführung würde einen.verhältnismäßig grossen Durchmesser des Düsengehäuses bedingen,. wenn, wie bei einer Einspritzdüse der gattungsmäßigen Art., der Stufenkolben als ein über dengesamten Einspritzhub wirkendes Druckübersetzungselement ausgebildet väre

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Stufenkolben weder die Länge noch den Durchmesser des Düsengehäuses, nennenswert vergrößert- und daß er ferner unmittelbar in. einem der beiden Teile eines üblicherweise aus Düsenkörper und Düsenhalter zusammengesetzten Düsengehäuses angeordnet- werden kann j so daß ein zusätzliches Teil zur Bildung des ^Zylinüer^s für. .den. Eochdruckrauia enf-f ällt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen, Anordnung möglich. ·' ^: -

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ventilnadel gemäß Anspruch 2 auch im 3ereich des Mitteldruckraums eine Druckschulter hat. Dadurch ist erreicht, daß nach dem Abfallen

O Δ Δ Ό V / Ό

.17-3 fiv

des Einspritzdruckes unter den Schließdruck, der verbleibende Restdruck int' Mitteldruckraum die Schließkraft der Schließfeder unterstützt.

Eine besonders gedrängte und mit wenigen Teilen auskommende Ausführung ergibt sich, wenn gemäß Anspruch 3 dem Stufenkolben und der Ventilnadel eine gemeinsame Rückführ- bzw. Schließfeder zugeordnet ist, welche im Hochdruckraum liegend sich einerseits am Stufenkolben und andererseits an einer Schulter der Ventilnadel abstützt.

Wenn der Stufenkolben gemäß Anspruch k aus zwei axial hintereinander angeordneten Kolbenteilen unterschiedlichen Durchmessers gebildet ist, können die Lagetoleranzen der beiden den Stufenkolben aufnehmenden Gehäusebohrungen entfeinert werden. ,

Das Überströmventil zwischen dem Mitteldruck- und dem Hochdruckraum des Stufenkolbens arbeitet einwandfrei, wenn es nicht im hin- und herbewegten Stufenkolben selbst, sondern gemäß Anspruch 5 in einem feststehenden' Gehäuseteil angeordnet ist. j

Eine fertigungsgerechte Ausführung des Überströmventiles

ί ergibt sich durch die Merkmale des Anspruchs 6.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Stufenkolbens kann vorteilhaft auch bei Einspritzdüsen .mit definierter Vor- und Haupteinspritzphase vorgesehen werden, wenn die Einspritzdüse mit zwei Ventilnadeln versehen ist, von denen die erste als Hohlnadel ausgebildet ist, welche die zweite Ventilnadel umgibt und führt. In diesem Fall wird gemäß Anspruch

vorgeschlagen» daß die Rückführfeder des Stufenkolben? des sen im Durchmesser kleineren Kolbenteil umgibt und daß die Schließfedern 'der beiden Ventilnadelh' in einer stromauf' des Mitteldruckraums "angeordneten¹ Gehäusekammer angeordnet sind.

'Zeic'hnung

^r*

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt' und m der nachfolgenden Beschreibung näher 'erläutert. Es zeigen" Figur T einen Lä'ngsschnitt durch "■■'' das¹ erste Ausf ührungsVefspiel, Figur" 2 ein en" Schnitt nach ■■:■: der Linie ΙΓ-Ϊ1 in Figur" T und Figur 3' einen Längsschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel.'""

Beschreibung" der Au s führung sb ei spiele

■-""' Die S'inspTitzdüse nach Figur 1 hat einen Düsenkorper 10, ^:" welcher 'in e'lner" Bohrung Vi eines Düsenhalters 12 befestigt ist. Im Düsenkorper 10 ist ein Ventilsitz 1h vor einer Spritzöffnung 15 gebildet und eine Ventilnadel 16 in einer ':'■■ Bohrung '1T" verschiebbar ' angeordnet, welche den Ventilsitz

1U überwacht". Dei* Düsenhalter 12 hat eine Kraftstoff-Zulaufbohrung 18, die in einen Mitteldruckraum 19 führt, welcher ■ -^cr -zwischen der' Stif näeite""des Düsenkorpöfs 10' und der Srundiir::.. f-lächS 20 der ' Bohrung"'TT^;"im Düsenhalter' 12 gebildet ist.

-: & '-'Die^Sohrung if ^:im^:'D'üsenkorp€r "''TO ' mündet in einen Hochdruck- ~--~ -'faüm ^-22,^? der ^;von" einem "verschiebbar gelagerten Hochdruck-

r.- ^s'^.^dY^§^-2h^iia'h.-^:-ifien^J^igt'iriz^Jc. ίέϋ'Τ'Ίπι "Eochdruckraüm 22 ist eine Schließfeder 25 angeordnet, welche sich oben am Hochdruckkolben 2U und unten an einem Bund 26 der Ventilnadel i6 abstützt. Im Bereich des Hochdruckraumes 22 hat die Ventilnadel 16 eine Druckschulter 28, an welcher sich ein im

• · Q ·

.179 OV

Durchmesser größerer Endabschnitt 29 der Ventilnadel anschließt, der den Hochdruckkolben 2k zentral durchsetzt und in diesem mit geringstem Bewegungsspiel verschiebbar geführt ist. Der Sndabschnitt 29 ist von einer Stirnfläche 30 begrenzt, welche in der dargestellten Schließlage der Ventilnadel 16 um eine dem Gesamthub entsprechende Strecke

h von der Grundfläche 20 entfernt ist. Am Stirnende ist S

die Ventilnadel 16 mit mehreren Randaussparungen 31 versehen, die in der Hubendstellung der Ventilnadel ein Ausstromen des Kraftstoffes aus der Zulaufbohrung 18 ermöglichen.

Die den Hochdruckraum 22 umschließende Bohrungswand des Düsenkörpers 10 geht an einer Schulter 32 in einen im Durchmesser größeren Bohrungsabschnitt 33 über, der bis zur oberen Stirnseite des Düsenkörpers 10 führt. Im Bohrungsabschnitt 33 ist ein ebenfalls von der Ventilnadel zentral durchsetzter Mitteldruckkolben 3^ mit geringstem Bewegungsspiel verschiebbar geführt, dessen Durchmesser im Druckübertragungsverhältnis größer als der Durchmesser des Hochdruckkolbens 2k ist. Der Mitteldruckkolben 3¹J- liegt auf dem Hochdruckkolben 2k auf; die Trennungsebene zwischen den beiden Kolben 2k, 3k liegt in jeder Stellung der Kolben ein Stück weit oberhalb der Schulter 32. Der dort gebildete Ringraum 36 ist ständig mit einem Leckölabfluß 37 verbunden.

An seiner den Mitteldruckraum 19 begrenzenden oberen Stirnseite ist der Mitteldruckkolben 3k. mit einzelnen Ansätzen 38 versehen, welche den von der Schließfeder 25 hervorgerufenen Rückhub.der beiden Kolben 2k, 3k nach oben begrenzen. Vom Mitteldruckraum 19 führt ein Kanal kO in

.... .... _;. -tr- 1730V

eine Ringut hi, die den Hochdruckraum 22 umgibt und vom Hochdruckkolben 2k auch in dessen Hubendsteilung nicht voll abgedeckt ist. Die Mündung des Kanals 40 in die Ringnut kl ist von einem Überströmventil k2 überwacht, dessen als Kugel ausgebildetes Schließglied k3 von einer in der Ringnut kl liegenden Ringfeder kk radial gegen den Ventilsitz gedruckt ist.

Die beschriebene Einspritzdüse arbeitet wie folgt:

Am Beginn eines Sinsprit.zvorganges tritt Kraftstoff mit mittlerem Druck über die Zulaufbohrung 18 in den Mitteldruckraum 19 und von dort über den Kanal kO und das Überströmventil k2 in den Hoqhdruckraum 22 ein. Nach dem Füllen des Hochdruckraumes 22 steigt der Kraftstoffdruck im Mitteldruckraum 19 an, bis sich die Kolben 2k, 3^· entgegen der Kraft der Schließfeder 25 nach unten bewegen. Dabei wird der Druck im Hochdruckraum 22 im gewählten Übersetzungsverhältnis gegenüber dem Zulaufdruck erhöht. Der so entstehende Hochdruck wirkt auf die Druckschulter 28 der Ventilnadel 16 ein und hebt diese entgegen dem wirksamen Mitteldruck im Mitteldruckraum 19 nach oben an. Dabei wird die Sinspritzöffnung 15 freigegeben, so daß der Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 22 entlang des Ringspaltes in der Bohrung 17 abströmen kann.

Beim Abfallen des Kraftstoffdruckes unter den Schließdruck schließt die Ventilnadel 1.6 und die Kolben 2^, 3^- werden durch die Schließfeder 25 in die dargestellte Ausgangslage zurückgeführt, wobei Kraftstoff über das Überströmventil k2 in den Hochdruckraum 22 einströmt. Der verbleibende Restdruck in den Leitungen und im Mi"cteldruckraum 19 unterstützt die Schließkraft der Schließfeder 25- Das in den Ringraum 36 gelangende Lecköl wird über den

L· © W /

179-OV

Leckölanschluß 3T abgeführt.

Durch die Anordnung der beiden Kolben 2h, 3h auf der Ventilnadel \6 ergibt sich eine gedrängte Ausführung der Einspritzdüse und durch die Anordnung der Schließfeder 25 im Hochdruckraum 22 wird eine zusätzliche Rückführfeder für die Kolben 2U, 3^· eingespart. Durch die zweiteilige Ausbildung des Stufenkolbens können die Lagetoleranzen der zylindrischen Führungsflächen im Düsen-" körper 10 entfeinert und dadurch die Fertigungskosten verringert werden. Durch die Anordnung des Überströmventiles h2 in einem feststehenden Gehäuseteil kann das Ventil unbeeinflußt durch die Schwingungen der Kolben 2k, 3h einwandfrei arbeiten.

Die Einspritzdüse nach Figur 3 hat einen einteiligen Stufenkolben 50, der eine Hohlnadel 52 umschließt, die einen durch Spritzöffnungen 5^· gebildeten ersten Spritzquerschnitt I überwacht. In der Hohlnadel 52 ist eine zweite Ventilnadel 55 verschiebbar gelagert, die einen durch Spritzöffnungen 56 gebildeten zweiten Spritzquerschnitt II überwacht. Die Spritzöffnungen 5h und 56 sind in einem Düsenkörper 57 gebildet, der zusammen mit einer Buchse 58 und einer Zwischenscheibe 59 durch eine Überwurfmutter 60 an einem Düsenhalter 61 festgespannt ist. Im Düsenkörper 57 ist ein Druckraum 62 gebildet, der über eine Längsnut 63 in der Hohlnadel 52 mit einem Hochdruckraum 6h zwischen Düsenkörper 57 und Buchse 58 verbunden ist. Der Hochdruckraum 6h ist von der kleineren Kolbenfläche des Stufenkolbens 50 begrenzt und über ein Überströmventil 65 und einen seitlichen Kanal 66 mit einem Mitteldruckraum 68 verbunden, der zwischen der Buchse 58 und der Zwischenscheibe 59 gebildet und von der grösseren Kolbenfläche des Stufenkolbens 50 begrenzt ist.

J 79 OV

Vom Mitteldruckraum 68 führen korrespondierende Bohrungen 69 und 70 in der Zwischenscheibe 59 und dem Düsenhalter 61 in eine Kammer 71, in welche eine Zulaufbohrung 72 im Düsenhalter 61 mündet.

Der Stufenkolben 50 hat eine Rückführfeder Jk, welche den kleineren Kolbenabschni-tt des Stufenkolbens 50 umgebend in einer den größeren Kolbenabschnitt des Stufenkolbens führenden Zylinderkammer 75 der Buchse 58 angeordnet ist. Die Hohlnadel 52 hat eine Schließfeder J6, die in einer Federkammer 77 des Düsenhalters 61 untergebracht ist und sich am Boden dieser Kammer sowie an einer mit der Hohlnadel 52 verbundenen Scheibe 78 abstützt. In der Federkammer 77 ist eine zweite Schließfeder 80- angeordnet, welche der Ventilnadel 55 -zugeordnet ist .und sich am Boden der Federkammer 77 sowie an einem Ringbund 81 der Ventilnadel 55 abstützt. Der Ringbund 81 ist in der dargestellten Sehließlag-e der Hohlnadel 52 und Ventilnadel 55 um eine einem vorgegebenen Vorhub entsprechende Strecke h von der Stirnseite der Hohlnadel 52 entfernt. Die Hohlnadel 52 ist im Bereich des Mitteldruckraumes 68 mit einer Ringschulter 82 versehen, auf welche der Zulaufdruck des Kraftstoffes im Schließsinn auf die Hohlnadel 52 einwirkt.

Die Zylinderkammer 75 ist über eine Querbohrung 8U im Stufenkolben 5O₅ -eine Ringnut 85 und eine Querbohrung 36 in der Hohlüadel 52 .mit einem Ringraum 87 zwischen Hohlnadel 52 und Ventilnadel "55 verbunden, der in die Federkammer 77 führt, die mit einem Leckölanschluß 90 verbunden ist .-..-■".-"". ■

Der ankommende Förderdruck im Mitteldruckraum 68 wirkt auf die größere Kolbenfläche des Stufenkolbens 50 ein. Gleichzeitig wird mit der kleineren Kolbenfläche des Stufenkol-

.179

bens 50 der Kraftstoff druck im Hochdruckraum 6h und im Druckraum 62 entsprechend dem wirksamen Flächenverhältnis erhöht. Der Hochdruck wirkt auf die den Druckraum 62 begrenzende Ringschulter der Hohlnadel 52 ein und hebt diese entgegen der Kraft ihrer Schließfeder 76 an, so daß eine Voreinspritzmenge mit dem vorherrschenden Hochdruck durch den Spritzquerschnitt I ausgespritzt wird.

Uach dem Erreichen des Vorhubes h muß der Kraftstoffdruck stärker ansteigen, bis über den Ringbund 81 die Ventilnadel 55 nach einer gewissen Zeitverzögerung entgegen der Schließfeder 80 angehoben wird, wonach die Haupteinspritzmenge durch die Spritzquerschnitte I und II ebenfalls unter hohem Druck eingespritzt wird. Beim Erreichen des Einspritzendes fällt der Kraftstoffdruck im Mitteldruckraum ab. Gleichzeitig werden der Stufenkolben 50 durch die Rückführfeder 7^, die Hohnadel 52 durch die Schließfeder 76 und die Ventilnadel 55 durch die Schließfeder 80 in ihre dargestellte Ausgangslage zurückgeführt. Dabei wird zuerst der Spritzquerschnitt I durch die Schließfeder 76 und durch die Druckkräfte im Mitteldruckraum 68 geschlossen und erst danach der Spritzquerschnitt II durch die Ventilnadel 55 abgesperrt. Beim Schließvorgang der beiden Spritzquerschnitte I und II strömt Kraftstoff vom Mitteldruckraum 68 über das Überströmventil 65 in den Hochdruckraum Sk für den nächsten Einspritzvorgang ein. Der Leitungs- oder Restdruck zwischen den Einspritzvorgängen unterstützt die Schließwirkung der Hohlnadel 52 und der Ventilnadel 55- Das entstehende Lecköl wird über den Leckölanschluß 90 abgeführt.

Die Mitnahme der Ventilnadel 55 durch die Hohlnadel 52 nach einem vorgegebenen Vorhub h könnte beispielsweise

auch durch einen Querstift erfolgen, der in der Ventilnadel 55 im Bereich der Rückführfeder Jh für.den Stufenkolben 50 angeordnet ist und in eine entsprechend größer bemessene Querbohrung in der Hohlnadel 52 eingreift. Das Spiel zwischen dem Mitnehmerstift und der größeren Querbohrung, in der Hohlnadel 52 kann in diesem Fall auch zur Leckölabführung aus der Zylinderkammer 75 in die Federkam- mex TT dienen. -..-.-. ·

Claims

2U.5.1982 Ki/Le

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Ansprüche

Yi.J Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit ■ edaem vön-^:'"e3.ner . Rüc-kf Uhrfeder beaufschlagten Stufenkoitfen, dessen größere Kolbenfläche einen mit dem Kraftstoffanschluß verbundenen Mitteldruckraum und dessen kleinere Kolbenfläche einen Hochdruckraum begrenzt, der mit dem Mitteldruekraum über ein gegen den Hochdruckraum öffnendes Überströmventil verbunden ist, und ferner mit einer gleichachsig zum Stufenkolben angeordneten Ventilnadel, die von einer Schließfeder belastet ist, mindestens eine mit dem Hochdruckraum verbundene Spritzöffnung überwacht und eine Druckschalter hat, an welcher der Kraftstoffhochdruck im Öffnungssinn' angreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben (2k, 3h) und der Hochdruckraum (22) die Ventilnadel (16) umgeben.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (16) auch im Bereich des Mitteldrückraums ( 1 9 )Λ eine Druckschulter ( 30) hat. ■■ -.-- --,,..;-..

3. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2,. dadurch gekennzeichnet ,' daß dem Stufenkolben (2U, 3U) und der Ventil-·

"". nadei- ( i 6) --eine gemeinsam«· --Rückf ühr- 'bzv. Schließfeder^"- . (25) ■ zuge'ör.dnet ist, -Welche im Hochdruckraum (22) liegend .";sic"h; e.i.ner seit s am Stufenkolben (2k, 3k) und ander-ers;ttts an einer Schulter (26) der Ventilnadel (16) abstützt

rn

U. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben (2U, 3U) aus zwei axial hintereinander angeordneten Kolbenteilen unterschiedlichen Durchmessers gebildet ist.

5. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 'daß das Überströmventil (U2) zwischen Mittel- und Hochdruckraum (19» 22) in einem feststehenden Gehäuseteil (1O) angeordnet ist.

6. Einspritzdüse nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß in in der den Hochdruckraum (22) umgebenden zylindrischen Wand des einen Gehäuseteils (1O) eine Ringnut (Ui) vorgesehen ist, in die ein vom Mitteldruckraum (19) kommender Überströmkanal (1U) einmündet und die ein Ringfederelement (UU) aufnimmt, welches ein "VentilschlieS-glied (U3) gegen die Mündung des Überströmkanals (Uo ) in die Ringnut (U1) drückt.

7. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ' ■ mit zwei Ventilnadeln, von denen die erste als Hohlnadel ausgebildet ist, welche die zweite Ventilnadel· umgibt und führt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführfeder (7U) des Stufenkolbens (50) dessen im Durchmesser kleineren

Kolbenteil umgibt und daß die Schließfedern (76-, 80) der beiden Ventilnadeln (52, 55) in einer stromauf des Mitteldruckraums (68) angeordneten Federkammer (77) untergebracht sind. j

8. Einspritzdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rückführfeder (7U) des Stufenkolbens (50) aufnehmende Zylinderkammer (75) über Durchbrüche (3U, 36) im Stufenkolben (50) und in der ersten Ventilnadel (52) und ein'en Längskanal (87) zwischen der ersten und zweiten

- 3 - .173 34

Ventilna-dei (52-,· 55). mit der die Schließfedern (76, 30) aufnehmenden Federkammer (77) verbunden ist, welche einen Leckölanschluß (90) hat.