DE2812519A1

DE2812519A1 - Steuerung des nadelhubes von kraftstoff-einspritzduesen

Info

Publication number: DE2812519A1
Application number: DE19782812519
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Chmela
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1978-03-22
Filing date: 1978-03-22
Publication date: 1979-09-27
Also published as: SE7902517L; US4284049A; GB2017210A; FR2420663A1; IT1112341B; JPS54130722A; DE2812519C2; GB2017210B; IN151601B; HU179762B; RO77257A; IT7921172A0; DD142585A1

Description

fo/kr

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft

Nürnberg, I7. März I978

Steuerung des Nadelhubes von Kraftstoff-Einspritzdüsen

Die Erfindung betrifft eine Steuerung des Nadelhubes von Kraftstoff-Einspritzdüsen für direkt einspritzende Brennkraftmaschinen , wobei in einem mit wenigstens einer Kraftstoffzuleitung und einer Leckölableitung versehenen Düsenhalter ein Düsenkörper eingesetzt ist, in dem sich eine axial verschiebbar gelagerte Düsennadel befindet, die durch die Kraft von wenigstens einer Schließfeder in ihrer Schließstellung gehalten wird und durch den Druck des Kraftstoffes von ihrem Dichtsitz abhebbar ist.

Kraftstoff-Einspritzdüsen der beschriebenen Art gehören seit langem zum allgemeinen Stand der Technik. Sie finden sowohl bei Gasöl- als auch bei Benzinbetrieb Anwendung. Bei derartigen Einspritzdüsen ist es aus verschiedenen Gründen vorteilhaft, die Beschaffenheit des Einspritzstrahls den unterschiedlichen Betriebszuständen des Motors anzupassen. Dies erfolgt üblicherweise durch eine Steuerung des Hubes der Düsennadel, indem die Kennlinie der Schließfeder derart abgeändert wird, daß sich einovom Einspritzdruck abhängiger Nadelhub einstellt. Das gleiche kann auch durch zwei Schließfedern mit unterschiedlichen Kennlinien erreicht werden.

Derartige Ausführungen haben Jedoch die Nachteile, daß

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die Benutzung des Einspritzdruckes als Führungsgröße eine im Hinblick auf die hier geforderte Funktion unzulässige Einschränkung bedeutet, und daß die Begrenzung des Nadelhubes durch die Herstellung 'eines Gleichgewichtes zwischen der Schließfederkraft und der Nadelkraft wegen der Größe der Kräfte und der Steilheit der Kennlinie überhaupt ungenau und schlecht reproduzierbar ist.

Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, die erwähnten Nachteile zu vermeiden und eine Steuerung des Nadelhubes für Kraftstoff-Einspritzdüsen der
eingangs beschriebenen Art zu schaffen, durch welche eine genaue Anpassung der Beschaffenheit des Einspritzstrahles an die verschiedenen Betriebszustände des Motors möglich ist.·

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß
im Düsenhalter eine durch ein hydraulisches Steuermittel axial verschiebbare, mit Verbindungsöffnungen zwischen
einem Druckraum und der Leckölableitung versehene Regelhülse angeordnet ist, und daß die VerbindungsÖffnungen
nach Beaufschlagen der Stirnfläche der Regelhülse durch
das Steuermittel und nach dem Abheben der Düsennadel von ihrem Dichtsitz durch einen Kolben abschließbar sind und der Nadelhub dadurch verkürzbar ist.

Es wird also eine hydraulische Steuerung des Nadelhubes
vorgeschlagen, die unabhängig von der Kennlinie der Schließfeder ist, so daß die Funktionen Nadelbelastung und Hubbegrenzung getrennt sind. Außerdem ist eine Änderung des Nadelhubes ohne Ausbau von Teilen jederzeit möglich.

Im einzelnen wird nach der Erfindung vorgeschlagen, die

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Regelhülse durch eine Rückholfeder in ihrer unwirksamen Lage zu halten, in der sie an einer im Düsenhalter vorgesehenen Begrenzungsfläche anliegt. Die Rückholfeder kann schwach ausgelegt werden, da sie nur die Beschleu-

nigungskräfte an der Regelhülse und die Reibung zu überwinden hat.

Der die Verbindungsöffnungen abschließende Kolben wird zweckmäßigerweise als zwischen der Düsennadel und der Schließfeder angeordneter Federteller ausgebildet und in axialer Richtung in der Regelhülse verschiebbar geführt.

Weiter wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, im oberen Teil des Düsenhalters einen die Stirnfläche der Regelhülse durchdringenden Bolzen zu befestigen, der einen dichtend an der Innenfläche der Regelhülse anliegenden Bund aufweist, welcher einerseits als Abschluß des durch die Regelhülse und den Kolben gebildeten Druckraumes dient und andererseits die Gegenabstutzung für die Rückholfeder bildet. Weiter dient der Bund schließlich auch noch als Gegenabstutzung für die Schließfeder, die aus raumsparenden Gründen im Druckraum untergebracht ist.

Die Abstimmung der Steifigkeit der Rückholfeder mit dem Druck des Steuermittels kann entweder so erfolgen, daß sich die Lage der Regelhülse und damit des Düsennadelanschlags kontinuierlich mit dem Steuermitteldruck verändern läßt, oder derart, daß sich die Regelhülse bei Beaufschlagung mit Steuermittel aus der Ruhelage unmittelbar zum Anschlag bewegt, wodurch der Nadelhub plötzlich auf einen kleinen Wert begrenzt wird.

Als hydraulisches Steuermittel wird vorgeschlagen, den für die Brennkraftmaschine vorgesehenen Kraftstoff zu

verwenden, wodurch eine zusätzliche Pumpe, Vorratsbehälter, Filter u.a. entfallen. Da für die Betätigung der Regelhülse nur geringe Kräfte erforderlich sind, weil nur die schwache Rückholfeder und die Reibung überwunden werden müssen, genügt als Steuerdruck die Druckdifferenz zwischen Einspritzpumpen-Saugraum und Leckölableitung. Deshalb entnimmt man das Steuerraittl zweckmäßigerweise an dem zwischen Filter und Einspritzpumpe befindlichen Teil der Saugleitung über eine Steuerleitung. In der Steuerleitung ist ein Dreiwegventil, vorzugsweise ein Magnet-Dreiwegventil vorgesehen, durch das einerseits Stauermittel aus der Saugleitung in den Düsenhalter zur Nadelhubbegrenzung und andererseits Steuermittel aus dem Düsenhalter über eine Entlastungleitung in den Kraftstoffbehälter zur Aufhebung der Hubbegrenzung geführt werden kann.

Die Steuerung des Magnet-Dreiwegventiles ist durch beliebige Werte möglich, vorzugsweise wird eine von der Last und/oder Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängige Regelung empfohlen.

Einzelheiten der Erfindung können der nachfoslgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles entnommen werden. V.'Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Einspritzdüsenhalter nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltschema über die Führung der Steuerleitungen bzw. deren Anschluß an die Kraftstoff-Einspritzanlage.

In Fig. 1 ist in einem aus mehreren Teilen bestehenden

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Düsenhalter I ein Düsenkörper 2 eingesetzt, in dem eine nur zum Teil angedeutete Düsennadel 3 längsverschiebbar angeordnet ist. Durch eine Kraftstoffzuleitung k, die um 90° versetzt strichliert dargestellt ist, wird der Kraftstoff in bekannter Weise zum Düsenkörper 2 und damit zur Düsennadel 3 geführt. Im Düsenhalter 1 ist eine mit einer Stirnfläche 5 versehene Regelhülse 6 in axialer Richtung verschiebbar gelagert, welche durch dien Rückholfeder 7 in ihrer unwirksamen Lage an einer Begrenzungsfläche 8 des Düsenhalters 1 anliegt, wie aus der rechten Hälfte von Fig. 1 zu ersehen ist.

Im oberen Teil des Düsenhalters I ist in einer Bohrung 9 ein durch die Stirnfläche 5 der Regelhülse 6 hindurchgeführter, mehrfach abgesetzter Bolzen Io befestigt, der mit einem Bund Il dicht an der Innenwand der Regelhülse 6 anliegt und gleichzeitig die Gegenabstutzung der Rückholfeder 7 darstellt.Auf dem Bolzen Io befindet sich noch eine Einstellscheibe 12 zur Begrenzung des maximalen Hubes der Regelhülse 6, wie die linke Hälfte der Fig. 1 zeigt. Diese Stellung wird erreicht, wenn über einen Steuermittelanschluß 13 ein hydraulisches Steuermittel in den Raum 14 gelangt, dessen Druck wenigstens die Kraft der Rückholfeder 7 und die Reibung überwindet.

Im unteren hohlen Ende der Regelhülse 6 ist ein als Federteller ausgebildeter, mit der Düsennadel 3 verbundener Kolben 15 dicht, jedoch längsverschiebbar gelagert, der im Ruhezustand durch eine sich andernends ebenfalls an dem Bund Il abstützende Schließfeder 16 nach unten gedrückt wird, so daß die Düsennadel 3 auf ihrem Dichtsitz aufliegt.

Der Bund 11, die Regelhülse 6 und der Kolben 15 bilden einen\Druckraum 17, der, wie die linke Hälfte von Fig. 1 zeigt, während des Betriebes evtl. vollkommen abschließ-

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bar ist, Befindet sich die Regelhülse 6 jedoch in ihrer unwirksamenSteilung gemäß der rechten Hälfte von Pig. I, so verbindet sie den Druckraum 17 über Verbindungsöffnungen 18 mit einer Leckölableitung 19, er wird also drucklos. Schließlich sind in der Regelhülse 6 noch reine Entlastungsbohrungn 2o für den oberen freien Raum angebracht.

In Fig. 2 ist der gesamte, in Fig. 1 ausführlich gezeigte Düsenhalter mit der Einspritzdüse mit 1 bezeichnet. Aus einem Kraftstoffbehälter 21 wird über eine mit einem Filter 22 versehene Leitung 23, die an ihrem Ende auch als Saugleitung bezeichnet werden kann, durch eine Pumpe 24 der Einspritzpumpe 25 eines nicht dargestellten Motors Kraftstoff zugeführt, welche ihn mit hohem Druck über die Kraftstoffzuleitung 4 in" bekannter Weise air Einspritzdüse 1 weiterpumpt. Die Leckölableitung 19 aus der Einspritzdüse 1 führt wieder zum Kraftstoffbehälter 21 zurück, ebenso eine mit einem Überströmventil 26 versehene Ablaufleitung 27 aus der Einspritzpumpe 25. Von der Saug- ' leitung 23.» in der noch niedriger Druck herrscht, führt eine Steuerleitung 28 zum Steuermittelanschluß 13 des Einspritzdüsenhalters 1 (Fig. l). Durch ein Magnet- Dreiwegventil 29 ist die Steuerleitung 28 wahlweise mit einer zum Kraftstoffbehälter 21 führenden Entlastungsleitung 3o verbindbar.

Wirkungsweise:

Soll der Nadelhub der Kraftstoff-Einspritzdüse nicht begrenzt werden, so verbindet das Magnet-Dreiwegventil 29 die Steuerleitung 28 mit der Entlastungsleitung 3o, der Raum l4 im Düsenhalter 1 bleibt drucklos und die Regelhülse 6 befindet sich in unwirksamer Stellung, in der der Druckraum 17 durch die Verbindungsöffnungen 18 dauernd mit der Leckölableitung 19 in Verbindung steht.

Ist eine Begrenzung des Nadelhubes erforderlich, verbindet das Dreiweg-Magnetventil 29 die Saugleitung 23 mit der Steuerleitung 28, der Raum 14 steht unter Druck und die Regelhülse 6 wird in die in Pig. I links dargestellte Lage gebracht.Der von der Düsennadel 3 nach oben gedrückte Kolben 15 sperrt nun die Verbindungsöffnungen 18 ab, bevor die Düsennadel 3 ihren Endanschlag erreicht hat. Das auf diese Weise im Druckraum 17 verbleibende Flüssigkeitspolster verhindert ein weiteres öffnen der Nadel und wirkt so als schaltbarer Düsennadelanschlag.

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Leerseite

Claims

PO/kr

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg d-Q\ L b I

Aktiengesellschaft

Nürnberg, 17. März I978

Patentansprüche

Steuerung des Nadelhubes von Kraftstoff-Einspritzdüsen für direkt einspritzende Brennkraftmaschinen, wobei in einem mit wenigstens einer Kraftstoffzuleitung und einer Le<2kölableitung versehenen Düsenhalter ein Düsenkörper eingesetzt ist, in dem sich eine axial verschiebbar gelagerte Düsennadel befindet, diE durch die Kraft von wenigstens einer Schließfeder in ihrer Schließstellung gehalten wird und durch den Druck des Kraftstoffes von ihrem Dichtsitz abhebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Düsenhalter (l) eine durch ein hydraulisches Steuermittel axial verschiebbare, mit Verbindungsöffnungen (18) zwischen einem Druckraum (17) und der Leckölableitung (I9) versehene Regelhülse (6) angeordnet ist, und daß die Verbindungsöffnungen (l8) nach Beaufschlagen der Stirnfläche (5) der Regelhülse (6) durch das Steuermittel und nach dem Abheben der Düsennadel (3) von ihrem Dichtsitz durch einen Kolben (15) abschließbar sind und der Nadelhub dadurch verkürzbar ist.

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2. Steuerung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelhülse (6) durch eine Rückholfeder (7) in ihrer unwirksamen Lage gehalten wird, in der sie an einer im Düsenhalter (l) vorgesehenen Begrenzungsfläche (8) anliegt.
j5. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (15) als zwischen der Düsennadel (3) und der Schließfeder (16) angeordneter Federteller ausgebildet und in axialer Richtung in der Regelhülse (6) verschiebbar geführt ist.
4. Steuerung nach den Ansprüchen 1 und 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Schließfeder (l6) im Druckraum (17) untergebracht ist.
5. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Düsenhalter (1) ein die Stirnfläche (5) der Regelhülse (6) durchdringender Bolzen (lo) befestigt ist, der einen dichtend an der Innenfläche der Regelhülse (6) anliegenden Bund (11) aufweist, und daß dieser Bund (11) einerseits die Gegenabstützung der Schließfeder (16) und andererseits die Gegenabstutzung der Rückholfeder (7) bildet.
6. Steuerung nach den Ansprüchen"! bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß an dem Bolzen (lo) eine den Hub der Regelhülse (6) begrenzende Einstellscheibe (12 ) angebracht ist.
7. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsöffnungen (18) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß der Druckraum (17) bei einem bestimmten Nadelhub nahezu plötzlich abgeschlossen und wieder geöffnet wird.

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8. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Regelhülse (6) und damit die Größe des Nadelhubes kontinuierlich mit Hilfe des Steuermitteldruckes veränderbar ist.
9- Steuerung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelhülse (6) durch das Steuermittel in Schließrichtung der Düsennadel (3) bewegbar ist und an der Einstellscheibe (12) zur Anlage kommt, was einer Zweipunktsteuerung des Nadelhubes entspricht.
10. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als hydraulisches Steuermittel der für die Brennkraftmaschine vorgesehene Kraftstoff Anwendung findet und daß als Steuerdruck die Druckdifferenz zwischen Saugraum der Einspritzpumpe (25) und der Leckölableitung (19) dient.
11. Steuerung nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein am Düsenhalter (1) vorgesehener Steuermittelanschluß (13) mittels einer Steuerleitung (28) mit dem zwischen Filter (22) und Kraftstoff-Einspritzpumpe (25) befindlichen Teil der Saugleitung (23) verbunden ist.
12. Steuerung nach den Ansprüchen 1, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerleitung (28) ein Dreiwegventil (29) angeordnet ist, von dem aus eine Entlastungsleitung (3o) zum Kraftstoffbehälter (21) führt.

13- Steuerung nach den Ansprüchen 1 und 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegventil als Magnet-Dreiwegventil (29) ausgebildet und abhängig von der Last und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine umsteuerbar ist.

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