DE2336575A1

DE2336575A1 - Betaetigungsvorrichtung fuer eine einspritzduese von kolbenbrennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2336575A1
Application number: DE19732336575
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Automobiles Peugeot SA
Current assignee: Automobiles Peugeot SA
Priority date: 1971-07-08
Filing date: 1973-07-18
Publication date: 1975-02-06
Also published as: DE2336575C3; GB1397115A; US3802626A; AT318977B; DE2217655A1; FR2145080A5; DE2336575B2

Description

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München 22, S:*inadorf«tr. 10

P 23 36 575.5 ²³· ^A?^{ril 1974}

Neue Unterlagen

Betätigungsvorrichtung für eine Einspritzdüse von

Kolbenbrennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich.auf eine Betätigungsvorrichtung für eine Einspritzdüse von Kolbenbrennkraftmaschinen mit den Gattungsmerkmalen des Hauptanspruchs.

Die elektronische Steuerung der Kraftstoff-Einspritzung bei Kolbenbrennkraftmaschinen erfordert ein elektronisches Rechengerät, das in Abhängigkeit von gewissen Betriebsparametern Steuerimpulse zu Elektromagneten sendet, die die Betätigung des Einspritzorgans, d. h. der Düsennadel, unmittelbar oder mittelbar veranlassen. Das Anheben der Düsennadel im Düsenhalter kann entweder direkt durch den Elektromagneten oder aber durch den Druckkraftstoff erfolgen, der in eine durch den Sitz der Düsennadel begrenzte Ringkammer eingeleitet wird, wobei die Einleitung von Druckkraftstoff in den Ringraum und die Entlastung durch ein gesondertes, elektromagnetisch betätigtes Ventil erfolgt.

(CH-PS 434 875) Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung/besteht

dieses elektromagnetisch betätigte Ventil aus einem dünnen Ventilstößel, dessen Kegelspitze einen Strömungskanal im Düsenhalter entsprechend der Erregung der Elektromagnet e öffnet oder schließt, wobei das Ende der

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Ventilnadel als Spulenkern für den Elektromagneten ausgebildet und durch eine Membranfeder am Düsenhalter festgelegt ist. Beim öffnen des zur Einspritzdüse führenden Druckkraftstoffkanals muß zum Anheben der Düsennadel der auf sie in Schließrichtung einwirkende Kraftstoffdruck durch den Elektromagneten überwunden werden, was einen kräftigen Elektromagneten von vergleichsweise großen Abmessungen erfordert. Um die je nach den Betriebsverhältnissen der Brennkraftmaschine stark ändernden Kraftstoffmengen in genauer Dosierung der Einspritzdüse zuzumessen, ist es bei dieser bekannten Vorrichtung notwendig, einen beträchtlichen Hub für die elektromagnetisch betätigte Düsennadel vorzusehen, was sich gleichfalls auf die Abmessungen des Elektromagneten auswirkt.

Bei einem anderen elektromagnetisch gesteuerten Brennstoffeinspritzventil (DT-AS 1 751 830) ist in der Achse derVentilnadel ein Kraftstoffkanal vorgesehen, der durch die Kegelspitze einer elektromagnetisch anhebbaren Düsennadel verschließbar ist, die in einer Zentralbohrung der Düsennadel gleitend geführt ist. Der diese Bohrung enthaltende Teil der Einspritz-Düsennadel ist kolbenartig ausgebildet und seine obere Kolbenfläche mit Druckkraftstoff beaufschlagt,so daß bei geschlossener elektromagnetisch betätigter Nadel der auf diese Fläche wirkende Druckkraftstoff die Einspritz-Düsennadel auf ihren Sitz drückt. Durch elektromagnetisches Anheben der Ventilnadel strömt Kraftstoff aus der. oberen Kolbendruckkammer durch den Längskanal in der Einspritz-Düse, so dafl die obere Druckkammer drucklos wird und dadurch die Einspritz-Düsennadel durch den auf untere Kolben-

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Absätze wirkenden Druckkraftstoff angehoben wird. Ein hydraulischer Ausgleich des auf die Ventilnadel einwirkenden Kraftstoffdruckes ist auch bei dieser Vorrichtung nicht vorgesehen. Da wegen der sehr kleinen Einspritzzeiten, der je nach der Motorleistung sehr stark schwankende Einspritzmengen und der insbesondere bei Dieselmotoren sehr hohen Drücke an die Toler eizen der einzelnen Bauteile höchste Anforderungen gestellt werden müssen, ergeben sich bei dieser bekannten Vorrichtung neben der Notwendigkeit vergleichsweise großer Elektromagneten noch erhebliche Schwierigkeiten hinsichtlich einer auch nach längerem Betrieb noch zuverlässigen Abdichtung des Längskanals in der Einspritz-Nadel durch die kegelförmige Spitze der Ventilnadel. Darüber hinaus erhöht sich der technische Aufwand bei der Herstellung dieses Brennstoffeinspritzventils durch die Vielzahl von Strömungs- und Druckkanälen, die alle mit der notwendigen Genauigkeit ausgeführt werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Betätigungsvorrichtung für eine Einspritzdüse von Kolbenbrennkraftmaschinen der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der durch einen/hydraulischen Ausgleich der den Ventilschieber beaufschlagenden Kraftstoffdrücke der Elektromagnet relativ leistungsschwach und klein ausgebildet sein kann und die auch bei einem geringen Hubweg des Schiebers eine genaue Dosierung der sich in weiten Grenzen ändernden einzuspritzenden Kraftstoffmengen ohne übermäßigen Herstellungsaufwand gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Steuerschieber aus zwei einstückigen Teilen besteht, von denen jeder einen in einer Ventilbohrung geführten Kolbenzapfen und einen in einer erweiterten, mittleren Ventilkammer geringfügig verschiebbaren Steuer- ^{+ )} te"¹

teamen"¹ ^ ^ ^FertiSungstoleranzen zuverlässig

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bund von gegenüber den Kolbenzapfen vergrößertem Durchmesser aufweist, wobei sieh die Steuerbunde mit ihren

einander zugewandten Stirnflächen gegenseitig abstützen und an ihren anderen Stirnflächen zur wahlweisen Beaufschlagung der Kammer und der Einspritzdüse mit Druckkraftstoff oder Atmosphärendruck kegelstumpfförmige Steuerflächen aufweisen, denen im Ventilgehäuse entsprechend ausgebildete Sitzflächen zugeordnet sind, und daß die axial äußeren Kammern der Ventilbohrung in an sich bekannter Weise ständig mit Druckkraftstoff beaufschlagt sind. Durch die Anordnung der durch Kolbenzapfen geführten beiden Steuerbunde in der erweiterten Ventilkammer wird eine Doppelfunktion des Ventilschiebers erreicht, der in seiner geöffneten Stellung wegen der nach radialjaußen versetzten kegeligen Steuerflächen auch bei kleinem Hub einen großen Strömungsquerschnitt freigibt, und der in seiner Schließstellung den Kraftstoffzufluß unterbindet und gleichzeitig die zur Einspritz-DUsenöffnung führenden Kanäle mit der Atmosphäre verbindet. Die beidseitige ständige Druckbeaufschlagung der beiden mit je einem der Steuerbunde verbundenen Kolbenzapfen mit Druckkraftstoff führt zu einem hydraulischen Kraftausgleich, so daß vom Elektromagneten nur eine die Federkraft überwindende Kraft aufgebracht werden muß.

Von besonderem herstellungstechnischemVorteil ist die mehrteilige Ausbildung des Ventilgehäuses in Verbindung mit der axialen Anordnung der beiden Steuerbunde, die sich auch bei geringen Ausrichtungsfehlern der Gehäuseteile durch axiale Gleitbewegungen an ihren aneinander anliegenden Stirnflächen selbsttätig so ausrichten, daß in jeder Stellung die entsprechenden Steuerflächen an ihren Sitzflächen dicht und sicher anliegen.

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Allgemein sind Magnetventile mit hydraulischer Druckentlastung, ζ. Β. für hydraulische Pressen oder hydraulische Kupplungen bekannt (DT-AS 1 025 695 und 1 084 557), bei denen der magnetisch betätigte Ventilschieber einen mittleren Kolben aufweist, der beidseitig vom Druckmittel beaufschlagt wird, so daß der Schieber druckentlastet ist. Da dieser Schieber freitragend gelagert und nur durch diesen Kolben geführt ist, muß ein zusätzliches Führungsstück vorgesehen werden, das in radialer und axialer Richtung in geringen Grenzen kippbar im Gehäuse abgestutzt ist. Aufgrund der Führung des Kolben-Schiebers und der Ausbildung der Steuer- und Sitzflächen ist dieses für hydraulische Anlagen konzipierte Magnetventil als Betätigungsventil für Kraftstoff-Einspritzdüsen ungeeignet, da sich die notwendige Dosiergenauigkeit in den außerordentlich kurzen Einspritzzeiten nicht erzielen läßt.

Im folgendenkird ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein mit

der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung ausgestattetes Kraftstoff-Einspritzorgan und dessen Halterung;

Fig. 2 eine in größerem Maßstab gehaltene Einzeldarstellung des erfindungsgemäß verwendeten Verteiler- oder Steuerschiebers.

Die Fig. 1 zeigt einen Düsenhalter 1, in den die eigentliche Einspritzdüse eingesetzt ist; diese besteht aus einem Düsenkopf 2 und einer Düsennadel 5» Die

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Einspritzdüse ist in dem Düsenhalter durch eine Überwurfmutter 4 festgehalten und die Düsennadel 3 wird durch eine Feder 5 belastet, die sich an ihrem anderen Ende auf einen Gewindestopfen 6 abstützt, an dem ein Anschluß 7 angebracht ist; dieser Anschluß ist mit einem Raum verbunden, in.dem ein Druck herrscht, der in der Nähe des Atmosphärendruckes liegt.

Der Düsenkopf 2 hat an seinem Ende eine Ausspritzöffnung 8, die innen durch einen Sitz 9 für das Ende der Düsennadel 3 begrenzt ist. Eine Ringkammer 10 ist in der Nähe der Ausspritzöffnung im Düsenkopf um die Düsennadel herum ausgebildet. Eine an eine Druckkraftstoffquelle bzw. an eine Einspritzpumpe angeschlossene Zuleitung 11 mündet in diese Ringkammer 10.

Der Düsenhalter 1 hat einen seitlichen Stutzen la, in dem ein Verteilerventil 12 und ein den Ventilschieber betätigender Elektromagnet 13 untergebracht sind. An den seitlichen Stützen la ist der als Gewindemuffe Ib ausgeführte Druckrohrstutzen angeschlossen.

DaB Verteiler- oder Steuerventil 12 (Fig. 2) hat ein aus den Bauteilen 14, 15» 16, 17 zusammengesetztes Gehäuse, das zwei koaxiale Bohrungen 18, 19 von gleichem Durchmesser und dazwischen eine zentrale Kammer 20 von größerem Durchmesser enthält. Die zentrale Kammer ist über einen Leitungszug 21, 22, 23 mit der Zuleitung 11 verbunden, die in die Ringkammer 10 des Düsenkopfes 2 mündet. Die an der linken Seite in der Fig. 2 gelegene Kammer 18 istjmit der Druckseite der Einspritzpumpe verbunden. Die reohte in der Fig.2 gelegene Kammer 19 steht ebenfalle ständig über einen seitlichen Kanal 24

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und eine Radialleitung 25 unter Druck. In dem Ventilgehäuse ist der eigentliche zweiteilige Steuerschieber 26 verschiebbar gelagert, der - von seiner in der Zeichnung links gelegenen Seite ausgehend - einen mit einer Längsnut versehenen Kolbenzapfen oder FUhrungszapfen 27 aufweist, der in der Bohrung 18 gleitet, ferner einen zentralen aus zwei Steuerbunden 40, 41 bestehenden verdickten Abschnitt 28, der zwei gegensinnig zueinander geneigte aktive konische Steuerflächen 29, 30 aufweist, die mit zwei durch das Gehäuse gebildeten Sitzflächen J51, 32 zusammenwirken; dann schließt sich ein voll ausgeführter zylindrischer Führungszapfen oder Kolben 33 an, der in der Bohrung 19 geführt ist. Bei dem ausgewählten AusfUhrungsbeispiel haben die Steuerflächen 29, 30 und die Sitze 31» 32 eine Kegelstumpfform mit etwas voneinander abweichenden Spitzenwinkeln.

Von einer Kammer 35 zwischen der Steuerfläche 30 und dem vollen FUhrungszapfen 33 geht eine Leitung aus, die zu dem oberen Teil des DUsenhalters 1 führt. Zwischen der Wand des DUsenhalters, die den Boden der Bohrung 19 bildet, und dem Führungszapfen 33 des Schiebers ist eine Feder 36 eingefügt, die den Schieber in seiner in Fig. 2 dargestellten Stellung zu halten sucht.

Der Elektromagnet 13 hat eine Wicklung 37 und einen beweglichen Teil 38, der einen spitz zulaufenden Stift trägt und sich mit dessen in der Figr 2 nach rechts gerichteten Ende auf die benachbarte Endstirnfläche des Schiebers 26 abstützt.

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Damit sich der Schieber 26 mit seinen beiden Steuerflächen 29, 30 exakt den zugeordneten Sitzen auch bei Achsabweichungen der FUhrungsbohrungen 18 und 19 anpassen kann, besteht der Schieber aus zwei voneinander unabhängigen Steuerbunden 40 und 41, die jeweils einen Führungszapfen 27 bzw. 33 und eine konische Steuerfläche 29 bzw. 30 aufweisen. Die beiden Bunde 40 und 41 liegen mit ihren zugewandten Seiten an der Trennebene aneinander an und werden nur dann gegeneinander verschoben, wenn eine Achsabweichung der FUhrungsbohrungen und 19 vorliegt.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ergibt sich wie folgt: Der Kraftstoff, der unter Überdruck von der Einspritzpumpe geliefert wird, dringt in die Vorrichtung über den Anschluß Ib ein. Dieser Druckkraftstoff fließt an dem Elektromagneten 13 vorbei durch die Längsnuten im linksseitigen SchieberfUhrungszapfen 27 und außerdem in die Kammer I9 über den Kanal 24 und die Leitung 25. Der doppelt wirksame Schieber 26 ist dadurch von beiden Enden her durch hydraulische Drücke ausgeglichen, so daß nur die Feder 36 auf ihn einwirkt, um die Ventilfläche von ihrem Sitz 32 abzuheben und diej^entilflache 29 auf deren Sitz 31 zu drücken. In dieser Stellung des Schiebers ist die Ringkammer 10 im Düsenkopf in Verbindung mit der Atmosphäre über die Leitungen 11, 23, 22, 21, die Kammer 20, 35 und die Leitung 34.

Wenn der Elektromagnet I3 durch ein von dem elektronischen, nicht dargestellten Rechengerät geliefertes Signal erregt wird, stößt sein beweglicher Ankerteil 38

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den Schieber 26 in der Zeichnung zmeh rechts sur-üsk, wobei die Feder 36 zusammengedrückt wird«, Die ¥©rbir? dung zwischen der Kammer 20 und der Entlastung®- leitung 3k wird dann■geschlossen, während ö©p K&mftstoffinjektionsdruok in di@s@r K&mmr 20 wird iind von dort auch in der Ringkaiesr 10, Kraftstoff über die Leitungen 21, 22, 23 und Il erreicht. Die Düsennmd®! 3 d@r Düse wird dans gegen die Kraft ihrer Rückstellfeder 5 nach ob@n und die Kraftstoffeinspritzung erfolgt diiFOli öl© BüsenSffnung 8,- biE di® Spul© 37 ά%® nicht mehr mit Strom gsspslat

Wann der Schieber 26 d-orch &®n ElektrOiÄgn@t©si verschoben wird, ist der Durohl&iSqueFSGhnitt, der freigelegt wird, um das liindurohflieSen das zu gestatten, relativ groß, ®@lfe©t wenn des* w@g nur klein is ti di® Qu&r&oimittefl&csha ©i sich über den geammtsn Umf&ng d®r VQnt Ba auSerdera der Schieber an s©iit®r* beidoji flächen ausgeglichenen hydraulieohesi -K^¹Mften und seine Masse sehr klein ist, braucht der Elektromagnet nur eine gegebenenfalls «ehr klein© Laistimg zu haben, wobei jedoch geeignet® Kennwert@ ftSr ii® Geschwindigkeit der öffnung»- und Schließbewegung gewährleistet sein müssen. Dieter Elektromagnet kmrai infolgedessen kleine Abmessungen und einen geringen Stromverbrauch haben, was ebenfalls eine Verringerung der Leistungskennwerte der elektronischen Bauteile möglich macht,welohe die Leistungsstufe dee Rechengerätes bilden.

Nach einem anderen Merkmal 1st in die Zuflußleitung eine kalibrierte Drosselbohrung 39 eingefügt, die auf den

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- ίο -

Kraftstoffdurchsatz während des Einspritzvorganges einwirkt. Dank der Anwesenheit dieser Drosselstelle bleibt die Menge des eingespritzten Kraftstoffes unbeeinflußt von einer gegebenenfalls auftretenden Verschmutzung der Nase der Düse, deren Durchlaßquerschnitt dann wesentlich größer gewählt werden kann als der Durchlaflquerschnltt der Drossel >9.

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Claims

Ansprüche

1. Betätigungsvorrichtung für eine Einspritzdüse von Kolbenbrennkraftmaschinen mit elektronisch gesteuerter Kraftstoffeinspritzung, in deren den Druckrohrstutzen enthaltenden* mehrteiligem Düsenhalter ein Steuerventil angeordnet ist, dessen elektromagnetisch verschiebbarer, federbelasteter Steuerschieber die Zufuhr des Druckkraftstoffes zur Düse und die druckabhängige Öffnungsbewegung der Düsennadel steuert, dadurch g β k e η η zeichnet, daß der Steuerschieber (26) aus zwei einstückigen Teilen besteht, von denen jeder einen in einer Ventilbohrung (18, 19) geführten Kolbenzapfen (27 bzw. 33) und einen in einer erweiterten, mittleren Ventilkammer (20) geringfügig verschiebbaren Steuerbund (40 bzw. 41) von gegenüber den Kolbenzapfen vergrößertem Durchmesser aufweist, wobei sich die Steuerbunde (40, 41) mit ihrem einander zugewandten Stirnflächen gegenseitig abstutzen und an ihren anderen Stirnflächen zur wahlweisen Beaufschlagung der Kammer (20) und der Einspritzdüse (8) mit Druckkraftstoff oder Atmosphärendruck kegelstumpfförmige Steuerflächen (29, 30) aufweisen, denen im Ventilgehäuse (12) entsprechend ausgebildete Sitzflächen (31. 32) zugeordnet sind, und daß die axial äußeren Kammern (18, 19) der Ventilbohrung in an sich bekannter Weise ständig mit Druckkraftstoff beaufschlagt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Ventilgehäuse (12) aus mehreren Teilen (14,15,16,17)

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besteht, die in axialer Ausrichtung hintereinander in einer Bohrung eines Querstutzens (la) des Düsenhalters (1) fixiert sind, in der auch der Elektromagnet (IJ) untergebracht und an der der Druckrohrstutzen (Ib) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerflächen (29, 30) der beiden Steuerbunde (40, 41) gegenüber den ihnen jeweils zugeordneten Sitzflächen (31, 32) unterschiedliche Kegelwinkel aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Querstutzen (la) ein Brennstoffkanal (24) vorgesehen ist, der über einen Radialkanal (25) im Teil (17) des Ventilgehäuses (12) die ständige Beaufschlagung der Kammer (19) der Ventilbohrung mit Druckkraftstoff sicherstellt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolbenzapfen (27) des einen Steuerschieberteiles Längsnuten für den Zufluß des Druckkraftstoffes zur Kammer (20) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Teilen (16, 17) des Ventilgehäuses (12) ein zum Brennstoffkanal (11, 23) im Düsenhalter (1) führender Strömungskanal (21), der in einen von den Steuerbunden (40, 41) unbeeinflußten Teil der Kammer (20) mündet, und ein in einen Ringraum (35) zwischen dem Steuerbund (41) und dem Kolbenzapfen (33) mündender Entspannungskanal (34) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem von der Kammer (20)

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zur Ringkammer (10) des Düsenkopfes (2) führenden Kanal eine Drossel (39) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Kern.(38) des Elektromagneten (13) ein Stift ist, der sich mit
seiner Spitze an der Stirnfläche des Kolbenzapfens (27) abstützt.

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