DE3105671A1

DE3105671A1 - "kraftstoffeinspritzduese"

Info

Publication number: DE3105671A1
Application number: DE19813105671
Authority: DE
Inventors: Odon Dipl.-Ing. 3427 Ulzensteff Kopse; Néstor 7000 Stuttgart Rodriguez-Amaya
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-02-17
Filing date: 1981-02-17
Publication date: 1982-09-02
Also published as: IT8219687A0; US4461427A; FR2500072B1; JPH0432226B2; IT1149759B; JPS57151058A; FR2500072A1; GB2093117A; GB2093117B

Description

Dipl.-lng. Peter Otte 7033 Herrenberg (Kuppingen)

Patentanwalt , Eifeistraße 7

- ψ - Telefon (O 70 32) 319 99

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ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Kraftstoffeinspritzdüse

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzdüse nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, zur Steuerung der Öffnungshubbewegung der Ventilnadel bei Kraftstoffeinspritzdüsen einen Stellkolben vorzusehen, der auf der einen Seite einen mit der Ventilnadel zusammenwirkenden Anschlag aufweist und auf seiner anderen Seite beispielsweise von dem unter Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist. Ein solcher Stellkolben bildet dann eine hydraulische Vorhubbegrenzung, je nach dem Druck des auf die Ventilnadel· einwirkenden Kraftstoffs kann der Stellkolben vorübergehend die Hubbewegung der Nadel blockieren. Da aber sein Durchmesser kleiner als der der Ventilnadel ist bzw. so bemessen werden kann, wird je nach Förderleistung bei Erreichen eines höheren Drucks sein Widerstand überwunden und die Ventil-

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nadel weiter verschoben, so daß beispielsweise zusätzliche Spritzöffnungen aufgesteuert werden können (DE-OS 27 11 902, DE-OS 27 11 389).

Die jeweils ungedämmt' verlaufenden Bewegungen des Stellkolbens kann verschleißerhöhend wirken, außerdem ergibt sich am Ende der Einspritzung während der notwendigen Entlastung keine definierte Position für den Stellkolben, der bei einer Hohlraumbildung in der Druckleitung unter Umständen auch angesaugt werden kann, was eine Vorhubvergrößerung zur Folge haben kann. Bei Spritzbeginn können die gegenseitigen Bewegungen von Kolben und Düsennadel ein instabiles Verhalten des Gesamtsystems bewirken.

Es besteht daher Bedarf nach einer Kraftstoffeinspritzdüse mit problemloser Lagerung des Stellkolbens zur allgemeinen Wirkungsverbesserung und Beseitigung von Instabilitäten und Verschleiß.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der eine hydraulische Vorhubbegrenzung bewirkende Stellkolben unter Bildung eines federnden Anschlags vorzugsweise auf der Druckfeder ruht, wodurch sich bei gleichzeitiger Verringerung des Verschleißes eine Verbesserung des dynamischen Verhaltens gegenüber einem starren Anschlag ergibt, da die dynamische Kraft des Stellkolbens zur Erhöhung der Schließkraft und einem schnellen Nadelschließen die vorgespannte Schließfeder noch überdrucken

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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Kraftstoffeinspritzdüse möglich. Besonders vorteilhaft ist die Erzielung einer definierten Position des Stellkolbens durch eine an ihm angreifende Rückholfeder, so daß. der Stellkolben zwischen den einzelnen Einspritzvorgängen keine unkontrollierbaren Bewegungen ausführen kann und jeweils bei der nächsten Druckphase eine stabile, definierte Lage der Düsennadel und des Stellkolbens sichergestellt ist. Hierdurch ergibt sich auch eine einwandfreie Vorgabe des zur Verfügung stehenden Vorhubs im Rahmen der vom Stellkolben bewirkten hydraulischen Vorhubbegrenzung.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung vorliegender Erfindung ergibt sich durch die Art und Ausbildung des Federtellers an der Ventilnadel, die den Druck der Schließfeder auf das rückseitige Nadelende überträgt und an welcher gleichzeitig auch der vom Stellkolben gebildete Anschlag angreift. Durch das teleskopartige Ineinandergreifen von Ringvorsprüngen am Ventilteller mindestens mit dem den Anschlag des Stellkolbens bildenden Zapfen und/oder im Bereich der Ventilnadel ergibt sich eine sichere, kippfreie Lagerung des Ventiltellers und ein geringer Verschleiß. Dabei ist vorteilhaft, daß der Anschlag innerhalb des Federtellers und unterhalb der Auflage der Schließfeder für den Stellkolbenfortsatz gebildet ist.

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Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse im Schnitt mit federndem Anschlag für die Stellkolbenauflage und Rückholfeder für diesen und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem im wesentlichen die Federteller im Bereich des Stellkolbens und der Ventilnadel unterschiedlich ausgebildet sind.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Figuren 1 und 2 zeigen je einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse, wobei in beiden Figuren für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. Die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigte Kraftstoffeinspritzdüse 1 umfaßt einen Düsenkörper 2, in dem eine Ventilnadel 3 axial verschiebbar und in den Figuren nicht dargestellte Spritzöffnungen steuernd angeordnet ist. Auch Ventilnadel 3 und Düsenkörper 2 sind in der Darstellung der Figuren 1 und 2 nur schematisch angedeutet, da die spezielle Ausbildung des eigentlichen Düsenbereichs mit den Spritzöffnungen von für die Erfindung untergeordneter Bedeutung ist; so kann die Düsenausbildung als Doppeldüse, Loch- oder Zapfendüse getroffen sein, wobei die Spritzöffnungen in axialer Versetzung so angeordnet sein können, daß sich beispielsweise bei kleinerer Kraftstofförderleistung und entsprechend geringem Kraftstoffdruck ein Öffnungshub der Ventilnadel ergibt, der zu einem kluineren SpriLzquerschnitt führt, wäh-

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rend bei großer Förderleistung und weiterem Hub ein größerer Spritzquerschnitt freigegeben wird. Entsprechend ergibt sich ein durch die Bewegung der Ventilnadel bis zu einem Anschlag bestimmter Vorhub h. und ein den Vorhub umfassender Gesamthub, der sich aus einem festen Anschlag für den Stellkolben oder die Ventilnadel ergibt. Hierauf wird weiter unten noch eingegangen.

Die Ventilnadel 3 ist durch eine Schließfeder 4 belastet und begrenzt zusammen mit dem Düsenkörper 2 einen Druckraum, der nicht dargestellt ist, dem jedoch über einen Kanal 5 vom Druckanschluß 6 unter Druck stehender Kraftstoff zugeführt ist. Die Schließfeder 4 ist in einem Federraum 7 angeordnet, der von einem Düsenhalter 8 gebildet ist; die Schließfeder 4 wirkt über einen unteren Federteller 9 auf die Ventilnadel 3.

Der Düsenkörper 2 ist am Düsenhalter 8 mittels einer überwurfmutter 10 gehalten und festgespannt, wobei zwischen Düsenkörper 2 und dem Düsenhalter 8 noch eine Zwischenplatte 11 angeordnet sein kann. Ferner ist im Düsenhalter 8 axial verschiebbar ein Stellkolben 12 gelagert, der über einen Verlängerungszapfen 12a im Zusammenwirken mit dem Federteller 9 einen Anschlag 13 bildet für den Hub (Vorhub h... ) der Ventilnadel 3. Auf der anderen Stirnseite des Stellkolbens ist dieser von dem am Anschluß 6 zugeführten unter Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt, der über die Bohrung 14 zugeführt ist. Über einen Leckanschluß 15 ist der Federraum 7 druckentlastet.

Die Schließfeder 4 findet an ihrem der Ventilnadel 3 abgewandten Ende einen Anschlag an einem oberen Federteller 16,

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gegebenenfalls über eine Zwischenscheibe, wobei der obere Federteller 16 einen Anschlag findet an der Ringschulter 17 der vom Düsenhalter 8 gebildeten Durchtrittsbohrung für den Stellkolben 12 bzw. dessen Verlängerungszapfen 12a. Die Schließfeder 4 preßt somit den oberen Ventilteller 16 nach oben an seinen Anschlag, andererseits ruht der Stellkolben 12, wie aus der Darstellung der Figuren 1 und 2 ersichtlich, auf der Schließfeder 4 unter Bildung eines federnden Anschlags, wobei sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Bund 18 am Stellkolben 12 auf dem oberen Federteller 16 abstützt, beispielsweise an einem sich nach oben erstreckenden, inneren Ringvorsprung 19 des Federtellers 16.

Ferner ist eine Rückholfeder 20 für den Stellkolben 12 vorgesehen, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel innerhalb der Schließfeder 4 und den Verlängerungszapfen 12a des Stellkolbens umgebend angeordnet ist. Die Rückholfeder 20 ist als Druckfeder ausgebildet und stützt sich einmal nach oben (in der Zeichenebene gesehen) am oberen Federteller 16 ab sowie an einem vorspringenden Bund des Verlängerungszapfens 12a des Stellkolbens. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierzu eine Ringhalterung 21 vorgesehen, die nach innen an dem vorspringenden Bund oder einer sich nach außen radial erweiternden Schulter 22a des Verlängerungszapfens 12a anliegt und ihrerseits in einer Ringausnehmung das untere Ende der Rückholfeder lagert.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Kraftstoffeinspritzdüsen arbeiten wie folgt. Sobald von einer nicht dargestellten Einspritzpumpe unter Druck zugeführter Kraftstoff in den zwischen Ventilnadel 3 und Düsenkörper 2 gebildeten

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Druckraum gelangt, wird die Ventilnadel bei ausreichendem Druck von ihrem Sitz abgehoben, wobei sich eine in Öffnungsrichtung wirkende Nadelfläche sprunghaft vergrößern· kann, so daß die Ventilnadel 3 bis an den ersten, vom Verlängerungszapfen des Stellkolbens 12 gebildeten Anschlag 13 unter Überwindung des Vorhubs geschoben wird. Gleichzeitig kann hierbei eine unterste Spritzöffnung oder eine in einer ersten Höhe angeordnete Spritzöffnung aufgesteuert werden. Diese Aufsteuerung kann bei bestimmten Anwendungsbeispielen der Einspritzdüse dem Leerlauf entsprechen oder der Zuführung einer ersten begrenzten Kraftstoffmenge, wenn die Einspritzdüse etwa als Kaltstartventil eingesetzt ist. Der Stellkolben 12 ist durch seine Rückholfeder 20 ständig in der definierten, den Vorhub h... bestimmenden Position gehalten und erfährt hierdurch eine definierte Positionierung, die auch dann aufrechterhalten bleibt, wenn während der Entlastung am Ende der Einspritzung in den Druckleitungen eine Hohlraumbildung erfolgt und eine mögliche Ansaugwirkung auf ihn ausgeübt wird. Durch die Rückholfeder verbleibt der Stellkolben 12 in seiner so definierten Anschlagsposition und hält den Vorhub konstant, wobei gleichzeitig ein stabiles Verhalten des Gesamtsystems aus Ventilnadel, Stellkolben und den sich hieraus ergebenden Anschlägen sichergestellt ist.

Gleichzeitig ruht der Stellkolben 12 auf dem von der Schließfeder 4 gebildeten federnden Anschlag und er wird von diesem Anschlag erst abgehoben, wenn bei weiter ansteigender Förderleistung der Kraftstoff einen solchen Druck erreicht, daß der auf seine obere Stirnfläche einwirkende Kraftstoffdruck von der sich weiter verschiebenden Ventilnadel überwunden und hierdurch gegebenenfalls zusätzliche Spritzöffnungen

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aufgesteuert werden.

Ferner ergibt sich durch den federnden Anschlag des Stellkolbens 12 am Ende der Einspritzung ein weicheres Auffangen des Stellkolbens 12 beim Rückfahren desselben in seine Ausgangsposition und somit ein verringerter Verschleiß, wobei darüber hinaus durch die dynamische Bewegungskraft des Kolbens ein schnelles Nadelschließen erzielt wird, denn der Kolben kann die vorgespannte Feder überdrucken und so die auf die Nadel einwirkende Schließkraft erhöhen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung vorliegender Erfindung besteht darin, daß bei mindestens einem der Druckoder Federteller eine kragenartige, den jeweils anliegenden oder anschlagenden Zapfen der Ventilnadel 3 und/oder des Stellkolbens 12 in Form einer zylindrischen Hältewand umgebende Ausstülpung 22 vorgesehen ist. Hierdurch wird der Anschlag für die am jeweiligen Federteller 16 und/oder angreifenden Zapfen in das Federtellerinnere verlegt. Man gewinnt so eine zusätzliche Haltewirkung auf die Federteller über die von der Schließfeder aufgebrachte Druck-Haltewirkung hinaus und vermeidet sicher ein Kippen des Federtellers; gleichzeitig ergibt sich eine erhebliche Verminderung von Reibungseinflüssen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Federtellers 9 ergibt sich eine erste kragenartig hochgezogene Stützwandung 22, die den Anschlag 13 des Verlängerungszapfens 12a des Stellkolbens 12 umgibt sowie eine untere, hier weniger stark hochgezogene Stützwandung 23 für die Aufnahme des stromaufwärtigen Nadelzapfens 3a.

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In einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt der den Vorhub bildende Anschlag am Federteller 9 unterhalb der Federauflage, die von der äußeren Ringfläche 24 am Federteller gebildet ist.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt der obere Federteller 16' über eine kragenartig vorspringende, innere Ringwandung 25, die den durch den Federteller 16¹ hindurchtretenden Verlängerungszapfen 12a des Stellkolbens 12 umgibt und so eine axiale und radiale Fixposition ohne Kippneigung sichert.Der untere Federteller ist in etwa wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ausgebildet lediglich mit dem Unterschied, daß der Anschlag zwischen der Stellkolbenverlängerung und dem Federteller höher liegt als die Federauflage.

Claims

Dipl.-lng. Peter Otto 7033 Herrenberg (Kuppingen)

Patentanwalt Eifeistraße 7

Telefon (0 7O 32) 319 99

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Patentansprüche

Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen, insbesondere Kaltstartventil, mit einer entgegen der Kraft einer Schließfeder öffnenden Ventilnadel, die in Schließiichtung durch eine zusätzliche Kraft über einen vom zugeführten Kraftstoff oder einem Steuerdruck beaufschlagten Stellkolben belastet ist, gekennzeichnet durch einen federnden Anschlag für den Stellkolben.
2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde Anschlag von der Schließfeder (4) für die Ventilnadel (3) gebildet ist.
3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anschlagbildung zwischen der Schließfeder (4) und dem Stellkolben (12) ein oberer Federteller (16) vorgesehen ist, der eine Durchtrittsbohrung für den den Vorhub-Anschlag für die Ventilnadcl

(3) bildenden Verlängerungszapfen (12a) aufweist und auf dem der Stellkolben (12) ruht.
4. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

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dadurch gekennzeichnet, daß am Stellkolben (12) ein Bund (18) gebildet ist, der an einem inneren Ringwulst (19) des oberen Federtellers (16) aufliegt.
5. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückholfeder (20) für den Stellkolben (12) vorgesehen ist.
6. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die als Druckfeder ausgebildete Rückholfeder (20) den Stellkolben (12) zur definierten Anschlagbildung für den Vorhub (h..) in Richtung auf das zugewandte Ende der Ventilnadel (3) drückt.
7. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückholfeder (20) für den Stellkolben (12) in dem vom Düsenhalter (8) gebildeten Federraum (7) innerhalb der Schließfeder (4) für die Ventilnadel (3) angeordnet ist und sich abstützt einerseits an einer Ringhaiterung (21) der den Anschlag (13) für den Vorhub bildenden Verlängerung (12a) des Stellkolbens (12) und andererseits am oberen Federteller (16).
8. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis I₁ dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Federteller (9, 16), an denen sich die Schließfeder (4) abstützt, eine innere kragenartige Ausstülpung (22/ 23, 25) aufweist, die den jeweiligen, auf dem Federteller aufliegenden oder diesen durchsetzenden Zapfen (Nadelzapfen 3a, Stellkolbenverlängerung 12a) umgibt.

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9. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Federteller (9) zwischen
Stellkolbenverlängerung und Ventilnadel (3) beidseitig
kragenartige Ringvorsprünge (22, 23) aufweist.
10. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der vom unteren Federteller (9) gebildete Anschlag für den Vorhub (h..) innerhalb des Federtellers und unterhalb der Federauflage angeordnet ist.
11. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Federteller (16') eine kragenartige, nach unten gerichtete und den durchtretenden
Verlängerungszapfen (12a) des Stellkolbens (12) umgebende, zylindrische Ringwand aufweist.