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Kraftstoff-EinsPritzdüse für Brennkraftmaschinen
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Kraftstff-Einspritzdüse
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Einspritzdüsen zeichnen sich dadurch
aus, daß der an den Ventilsitz sich stromab anschließende, zur weiteren Kraftstoffaufbereitung
und Spritzstrahlformung dienende Abschnitt des Kraftstoffkanals ohne Behinderung
durch ein Schließglied verhältnismäßig freizügig gestaltet und bemessen werden kann,
und daß außerdem der Kraftstoff durch den Einbauraum für die Schließfeder hindurch
geführt ist, so daß besondere Maßnahmen zur Verhinderung bzw. Beseitigung von Lecköl
entfallen. Diese Einspritzdüsen vereinigen daher die Vorteile von Düsen mit nach
innen öffnender Ventilnadel (I-Düse) mit jenen von Düsen mit nach außen öffnender
Ventilnadel (A-Düse), ohne jedoch mit deren Nachteilen behaftet zu sein.
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Bei den bekannten Einspritzdüsen der eingangs erwähnten Gattung (DE-PS
828 327) stützt sich der Ventilsitzträger in der Schließlage über den Ventilsitz
an der Ventilnadel ab, die ihrerseits an einer gehäusefesten Schulter anliegt. Zum
Zurückhalten der Ventilnadel gegenüber dem in Öffnungsrichtung sich bewegenden Ventilsitzträger
wird die Ventilnadel durch
eine Feder an die gehäusefeste Schulter
angedrückt. Bei dieser bekannten Ausführung wird der Ventilsitz verhältnismäßig
stark beansprucht und außerdem ist in der Offenstellung des Ventils eine exakte
Stellung der Ventilnadel gegenüber dem Ventilsitzträger wegen des nur kraftschlüssigen
Festhaltens der Ventilnadel am gehäusefesten Anschlag nicht gewährleistet. Auch
erscheint nachteilig, daß der Lagerspalt zwischen Ventilsitzträger und Düsenkörper
in der Schließstellung des Ventils gegen die Brennkammer der Maschine nicht abgeschirmt
ist, so daß sich die Gleiteigenschaften des Ventilsitzträgers im Lauf der Zeit verschlechtern
können.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Ventilsitz nicht
mehr durch die den Ventilsitzträger beaufschlagendeÇchließfeder, sondern durch die
gegen die Ventilnadel drückende Ventilfeder belastet ist, welche schwächer als die
Schließfeder bemessen werden kann.
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Außerdem ist in der Offenstellung des Ventil-s eine exakte Stellung
der Ventilnadel gegenüber dem Ventilsitzträger gewährleistet, weil diese Stellung
durch zwei gehäusefeste Schultern, also durch Formschluß, bestimmt ist.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen der im Hauptanspruch -angegebenen Anordnung möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anschlagschulter für den Ventilsitzträger
und dessen Gegenschulter nach den Merkmalen des Anspruchs 2 ausgebildet sind. In
diesem Fall wird der Lagerspalt zwischen dem Ventilsitzträger und dem Düsenkörper
in Schließstellung des Ventilsitzträgers gegen die Brennkammer der Maschine hin
abgedeckt, so daß eine einwandfreie Führung des Ventilsitzträgers im Düsenkörper
für lange
Zeit gewährleistet ist.
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Ein einfacher und fertigungsgerechter Aufbau der Einspritzdüse ergibt
sich mit den Merkmalen der Ansprüche 3 bis 5.
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In Weiterbildung der Erfindung kann der Ventilsitzträger als ein mit
dem Düsenkörper zusammenarbeitendes, nach außen öffnendes Schließglied zur Steuerung
weiterer Spritzöffnungen ausgebildet sein. Der Ventilsitzträger hat dann die Funktion
einer Hohlnadel in einer sogenannten A-Düse, mit dem zusätzlichen Vorteil, daß die
im Stirnende der Hohlnadel liegende Gruppe von Spritzöffnungen nicht durch ein vorgelagertes
Schließglied behindert ist. Besonders vorteilhaft ist diese Anordnung bei in Abhängigkeit
vom Ventilhub querschnittsgesteuerten Loch- und Zapfendüsen.
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Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figuren 1
und 2 zeigen je eines der Ausführungsbeispiele im Schnitt.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die Einspritzdüse nach Fig.
1 hat einen Düsenkörper 10, der durch einen Schraubkörper 12 an einem Düsenhalter
14 festgespannt ist. Im Düsenkörper 10 ist eine Führungsbohrung 16 für eine Hohlnadel
18 und eine im Durchmesser größere Bohrung 20 gebildet, welche an einer Schulter
22 in die Führungsbohrung 16 übergeht. In die Bohrung 20 ragt ein Ansatz 24 des
Düsenhalters 14 passend hinein, der mit einer Bohrung 26 und am Stirnende mit einer
kleineren Öffnung 28 versehen ist, deren Querschnitt 2 Flächen aufweist. Dadurch
ist eine vom einspritzseitigen Ende der Düse abgekehrte, gehäusefeste Schulter 30
mit umlaufender Auflagefläche gebildet.
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Die Hohlnadel 18 hat eine von ihrer oberen Stirnseite 32 ausgehende
Längsbohrung 36, die bis zu einem konischen Ventilsitz 38 führt, an welchem sich
stromab ein Sackloch 40 mit nach außen führenden Spritzlöchern k1 42 in dem als
Kuppe 43 ausgebildeten Stirnende der Hohlnadel 18 anschließt, Am Außenumfang ist
die Hohlnadel 18 mit einem im Durchmesser leicht geschwächten Abschnitt 48 versehen,
der in der Nähe seines Übergangs zum ungeschwächten, im Düsenkörper 10 geführten
Abschnitt 50 eine Querbohrung 52 hat.
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An den Abschnitt 48 schließt sich oben ein mit 2 Flächen versehener
Kopf 54 an, der mit dem erforderlichen Bewegungsspiel passend in die Öffnung 28
ragt und die Hohlnadel 18 gegen Verdrehen sichert.
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Am Außenumfang der Hohlnadel 18 ist ferner in der Nähe des Ventilsitzes
38 eine konische Ringschulter 56 gebildet, welche mit einer entsprechend geformten
Gegenschulter 58 am Stirnende des Düsenkörpers 10 zusammenarbeitet. In der Bohrung
20 ist eine Schließfeder 60 angeordnet, die sich unten an einem auf der Schulter
22 aufliegenden Flansch 62 einer Buchse 64 abstützt, die den Abschnitt 48 der Hohlnadel
18 mit Spiel umgibt. Am oberen Ende greift die Schließfeder 60 an einem Druckring
66 an, der gegen eine zwischen dem Abschnitt 48 und dem Kopf 54 gebildete Ringschulter
68 der Hohlnadel 18 stößt. Der durch die Schließfeder 60 hervorgerufene Aufwärtshub
(Schließhub) der Hohlnadel 18 wird durch die Schultern 56 und 58 an Hohlnadel 18
und Düsenkörper 10 begrenzt, die als Ventilflächen ausgebildet sind und in Schließstellung
der Hohlnadel 18 den Lagerspa.lt zwischen dieser und dem Düsenkörper 10 gegen die
Brennkammer hin abdichtet.
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In der Längsbohrung 36 der Hohlnadel 18 ist eine Ventilnadel 70 verschiebbar
geführt, die am einspritzseitigen Stirnende einen mit dem Ventilsitz 38 zusammenarbeitenden
Dichtkegel 72 hat. Der Dichtkegel 72 ist an einem im Durchmesser etwas
geschwächten
Abschnitt 74 der Ventilnadel 70 gebildet, der an einer Schulter 76 in den ungeschwächten
Abschnitt der Ventilnadel 70 übergeht. Die Schulter 76 liegt etwas oberhalb der
Querbohrung 52 in der Hohlnadel 18, so daß der zwischen dem Abschnitt 74 der Ventilnadel
70 und der Wand der Längsbohrung 36 in der Hohlnadel 18 gebildete Ringraum 78 über
die Querbohrung 52, das Ringspiel zwischen Hohlnadel 18 und Buchse 64, sowie über
eine oder mehrere Querbohrungen 80 in der Buchse 64 mit der Bohrung 20 im Düsenkörper
10 in Verbindung steht.
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Die Ventilnadel 70 ragt oben ein Stück weit aus der Hohlnadel 18 heraus
und ist dort mit einem Ringbund 82 versehen, an dessen oberer Stirnseite eine Ventilfeder
84 angreift, welche sich an einer in die Bohrung 26 eingeschraubten Gewindebuchse
86 abstützt. Die Ventilfeder 84 ist bestrebt, die Ventilnadel 70 gegen den Ventilsitz
38 in der Hohlnadel 18 zu drücken. Das gelingt in der in der Zeichnung dargestellten
Schließlage der Hohlnadel 18, in welcher der Bund 82 der Ventilnadel 70 noch um
den Hub h1 von der Schulter 30 am Düsenhalter 14 entfernt ist. Wenn die Hohlnadel
18 in Öffnungsrichtung den Weg h1 zurückgelegt hat, liegt der Bund 82 an der Schulter
30 an, wonach die Ventilnadel 70 an einer weiteren Mitbewegung mit der Hohlnadel
18 gehindert ist. Der Gesamthub h der Hohlnadel 18 ist begrenzt durch 2 die Buchse
64, an deren oberer Stirnseite der Druckring 66 zur Anlage kommt.
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Die Gewindebuchse 86 ist mit einer Bohrung 88 zum Zuführen des Kraftstoffs
versehen. Der Kraftstoffweg führt danach über die Bohrung 26 und eine die Schulter
30 umgehende Randaussparung 90 im Ansatz 24 des Düsenhalters 14 in die Bohrung 20,
wo der Kraftstoff auf die Stirnseite 32 der Hohlnadel 18 einwirkt und auf diese
eine der Schließfeder 60 entgeg-enwirkende Kraft in Richtung zur Brennkammer hin
ausübt. Aus der Bohrung 20 gelangt der Kraftstoff über die Querbohrung 52
in
der Hohlnadel 18 in den Ringraum 78 zwischen Hohlnadel 18 und Ventilnadel 70 und
übt dort über die schmale Ringfläche 92 oberhalb des Ventilsitzes 38 eine weitere
Kraft auf die Hohlnadel 18 aus. Der Kraftstoff übt ferner auch auf die Ventilnadel
70 eine nach unten wirkende resultierende Kraft aus, welche unterstützend zur Ventilfeder
84 die Ventilnadel 70 an den Ventilsitz 38 drückt.
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Beim Anstieg des Kraftstoffdrucks zur Beginn eines Einspritzhubes
wird unter Zusammendrücken der Schließfeder 60 die Hohlnadel nach unten aus dem
Düsenkörper 10 herausbewegt.
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Diese Bewegung kann die Ventilnadel 70 unter dem Einfluß der Ventilfeder
84 und des Kraftstoffdrucks nur um das kleine Wegstück h1 folgen, wonach der Bund
82 an der Schulter 30 anschlägt und eine Relativbewegung der Ventilnadel 70 gegenüber
der sich weiterbewegenden Hohlnadel 18 erzwingt. Diese Relativbewegung hat in bezug
auf die Kraftstoffsteuerung im Ausspritzbereich etwa die gleiche Wirkung wie eine
sich nach innen bewegende Ventilnadel bei feststehendem Ventilsitz.
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Gegenüber Einspritzdüsen mit einer derartigen Arbeitsweise (I-Düsen)
hat die beschriebene Anordnung jedoch den Vorteil, daß ein Leckölstrom in der Führung
der Ventilnadel 70 oder der Hohlnadel 18 nicht störend ist bzw. nicht auftritt und
daher keine Mittel zu dessen Abführung vorgesehen werden müssen.
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Bei Abfall des Kraftstoffdrucks am Ende eines Einspritzhubes führt
die Schließfeder 60 die Hohlnadel 18 in die Ausgangsstellung zurück, in der sie
mit ihrer Schulter 56 an der Schulter 58 des Düsenkörpers 10 anschlägt. Die beiden
Schultern 56 und 58 bilden danach einen ventilartigen Verschluß, welcher den Verbrennungsgasen
den Zutritt zum Lager spalt zwischen Hohlnadel 18 und Düsenkörper 10 verwehrt. Kurz
vor dem Aufsetzen der Schulter 56 auf die Schulter 58 trifft die Ventilnadel 70
auf den Ventilsitz 38 auf, wonach der Kraftstoffaustritt aus dem Spritzlöchern k1,
42 unterbrochen ist. Die Ventilnadel 70 hebt danach noch um den Hub h1 von der Schulter
30 ab. Der Hub h1 ist mit Rücksicht auf die in der Fertigung
zuzulassenden
Toleranzen gerade so groß bemessen, daß sich die Ventilnadel 70 in der Schließstellung
der Hohlnadel 18 mit Sicherheit auf den Ventilsitz 38 auflegen kann.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 stimmt mit jenem nach Fig. 1 in
den bisher beschriebenen Einzelheiten bis auf die Besonderheiten überein, daß die
Hohlnadel 18' selbst das Schließglied für eine Ventileinrichtung bildet, welche
eine zweite Gruppe von Spritzlöchern 94 und 96 steuert, die im Düsenkörper 10' verlaufen.
Die Hohlnadel 18' ist zu diesem Zweck mit einer Querbohrung 98 und einer Ringnut
100 im.
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Mantelumfang versehen, in welche die Querbohrung 98 an beiden Enden
ausmündet. Der Bund 82 der Ventilnadel 70 ist hier von der gehäusefesten Schulter
30 um den Teilhub h1 entfernt, der nun nicht mehr zur Ausschaltung von Fertigungstoleranzen,
sondern zur hubabhängigen Steuerung der beiden Gruppen 42, 44 und 94, 96 der Spritzlöcher
dient.
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Beim Öffnungshub der Hohlnadel 18' werden zunächst über die Ringnut
100 die Spritzöffnungen 94 und 96 aufgesteuert, wobei die Ventilfeder 84 die Ventilnadel
70 am Ventilsitz 38 der Hohlnadel 18' angelegt hält. Im weiteren Verlauf des Öffnungshubes
der Hohlnadel 18' wird die Ventilnadel 70' gegenüber dieser zurückgehalten, wodurch
auch die Spritzlöcher 41, 42 aufgesteuert werden. Am Ende des Einspritzvorganges
spielen sich die beschriebenen Vorgänge in der umgekehrten Reihenfolge ab. Die Anordnung
könnte durch entsprechende Wahl des Abstandes der Querbohrung 98 vom Dichtkegel
72 an der Ventilnadel 70 selbstverständlich auch so getroffen sein, daß zuerst der
Dichtkegel 72 vom Ventilsitz 38 abhebt und erst danach die zweite Gruppe 94, 96
der Spritzlöcher aufgesteuert wird.
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Die Anordnung könnte ferner auch so getroffen sein, daß der die Spritzlöcher
41, 42 in dem im Düsenkörper 10 geführten Mantelflächenbereich der Hohlnadel 18
ausmünden. In diesem
Fall schirmen die Schultern 56, 58 an Hohlnadel
18 und Düsenkörper 10 in der Schließstellung der Düse die von der Ventilnadel 70
gesteuerten Spritzlöcher in der Schließstellung der Hohlnadel 18 gegen die Brennkammer
der Maschine ab.
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Die Einspritzdüse nach Fig. 2 hat auch den Vorteil, daß bei.Aufsteuerung
der Spritzlöcher 41, 42 und der.damit verbundenen sprunghaften Vergrößerung des
Spritzloch-Gesamtquerschnittes ein Drucksprung in der Schließkraft auftritt, der
durch das Abfangen der Kraft der Ventilfeder 84 hervorgerufen ist und vorteilhaft
dafür sorgt, daß d.anach der Kraftstoff gleich gut wie beim ersten Teilhub h aufbereitet
und zerstäubt wird.