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Kraftstoff-EinsBritzdüse für Brennkraftmaschinen
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoff-Einspritzdüse
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Durch den Drosselspalt in dem zur Spritzöffnung
führenden Kraftstoffkanal wird bei kleinen Einspritzmengen eine Spritzzeitverlängerung
und dadurch ein leiserer Lauf der Brennkraftmaschine erreicht. Außerdem wird der
Kraftstoff bei diesen kleinen Mengen besser aufbereitet, wodurch der Kraftstoffverbrauch
und die Giftbestandteile im Abgas verringert werden. Bei größeren Einspritzmengen,
also im Teillast- und Vollastbereich, ist der Drosselspalt unwirksam, wobei jedoch
trotz des größeren Durchgangsquerschnitts eine ausreichende Kraftstoffaufbereitung
erfolgt.
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Bei einer bekannten Einspritzdüse der gattungsmäßigen Art (DE-OS 28
25 982) ist die Ventilnadel durch zwei einander zugeordnete Schließfedern belastet,
welche eine sprunghafte Schließkraftzunabme beim Unwirksamwerden des Drosselspalts
am Ende des ersten Teilhubs der Ventilnadel bewirken. Diese Ausführung zeichnet
sich durch eine exakte Trennung von Vor- und Haupteinspritzung im Teillast- und
Vollastbetrieb und durch eine exakte Zumessung des Kraftstoffes im gesamten Lastbereich
aus. Nachteilig ist jedoch, daß die Anordnung
von zwei hintereinanderliegenden
oder konzentrisch ineinander gefügten Schliefedern..die Abmessungen der Einspritzdüse
in Achsrichtung oder quer dazu nicht unerheblich vergrößern und daß außerdem für
manche Anwendungsfälle der erste Teilhub der Ventilnadel trotz der Wirksamkeit des
Drosselspaltes zu schnell vonstatten geht.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Haupt anspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, daß eine zweite Schließfeder
entfällt und die Einspritzdüse trotz der zusätzlichen Anordnung einer Dämpfungseinrichtung
kürzer als die bekannten Einspritzdüsen der gatt.ungsmaßigen Art ausgebildet werden
kann Die Dämpfungseinrichtung erlaubt es außerdem, die Einspritzrate besser an den
gewünschten Verlauf anzupassen, als es bei den bekannten Einspritzdüsen möglich
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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Eine besonders kurz bauende Ausführung ergibt sich, wenn die Einspritzdüse
nach den Merkmalen des Anspruchs 2 oder des Anspruchs 3 ausgebildet ist. Die Merkmale
des Anspruchs 2 ergeben darüberhinaus eine Ausführung, die mit wenigen Teilen auskommt
und leicht montierbar ist.
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Die Merkmale des Anspruchs 3 eröffnen ferner die Möglichkeit, die
Kennlinie der Schließfederkraft mit einem sehr deutlich ausgeprägten und lagemäßig
exakt bestimmbaren Knick am Ende des der Voreinspritzung entsprechenden -ersten
Teilhubes der Ventilnadel zu versehen. Dazu werden die Merkmale der Ansprüche 5
bis 7 vorgeschlagen,
welche eine Ausführung mit einfachen, zum Teil
handelsüblichen und leicht montierbaren Teilen ergeben.
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Der erwünschte Kennlinienknick am Ende des ersten Teilhubs der Ventilnadel
kann auch durch Verwendung eines einzigen Tellerfedersatzes erhalten werden, wenn
die Tellerfedern dieses Satzes gemäß dem Merkmal nach Anspruch 8 ausgebildet wind.
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Eine einfache und nur wenig Platz in Achsrichtung der Einspritzdüse
beanspruchende Dämpfungseinrichtung ergibt sich durch Anwendung der in den Ansprüchen
9 bis 12 enthaltenen Merkmale.
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Die hubverzögernde Wirkung der Dämpfungseinrichtung läßt sich weitgehend
unabhängig von der durchgesetzten Kraftstoffmenge bestimmen, wenn gemäß Anspruch
13 die Dämpfungseinrichtung parallel zu dem zur Spritzöffnung führenden Kraftstoffkanal
geschaltet ist. Eine einfache konstruktive Lösung hierfür ist in Anspruch 14 angegeben.
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Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 die Einspritzduse nach dem ersten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt und Figur
2 einen TeileLangsehnitt durch die Einspritzdüse nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die Einspritzdüse nach Figur
1 hat einen Düsenkörper 10, in welchem ein Ventilsitz 12 gebildet und eine Ventilnadel
14 verschiebbar geführt ist. Diese hat am vorderen Stirnende einen mit dem Ventilsitz
12 zusammenarbeitenden Dichtkegel
16, an den sich ein kurzer,
leicht konischer Abschnitt 18 und ein Strahlformungsabschnitt 20 anschließen. Auf
der anderen Seite geht der Dichtkegel 16 in eine Ringnut 22 in der Ventilnadel 14
über. Im Düsenkörper 10 ist anschließend an den Ventilsitz 12 ein zylindrischer
Bohrungsabschnitt 24 gebildet, der zusammen mit dem leicht konischen Abschnitt 18
der Ventilnadel 14 einen dem Ventilsitz 12 nachgeschalteten, hubabhängig gesteuerten
Drosselspalt begrenzt. Die Ventilnadel 14 ist im Bereich der Ringnut 22 mit einer
Querbohrung 26 versehen, in welche eine Längsbohrung 28 einmündet, die durch die
Ventilnadel 14 hindurch bis zur deren oberer Stirnseite 30 führt.
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Der Düsenkörper 10 ist durch ein Schraubteil 32 an einen Düsenhalter
34 festgespannt, der mit einem Kraftstoffkanal 36 versehen ist, welcher von einem
Anschlußstutzen 38 in eine Kammer 40 führt. Die Kammer 40 ist zwischen der konisch
vertieften Stirnseite des Düsenhalters 34, der zylindrischen Wand des Düsenkörpers
10 und einem Dämpfungskolben 42 gebildet, welcher auf die Ventilnadel 14 aufgesteckt
ist und sich über einen Sprengring 44 an einer Ringschulter der Ventilnadel 14 abstützt.
Der Dämpfungskolben 42 ist am Mantelumfang konisch ausgeführt und so bemessen, daß
seine im Durchmesser größere Ringkante mit der benachbarten Wand des Düsenkörpers
10 einen Drosselspalt 46 begrenzt.
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Dieser verbindet die Kammer 40 mit einer zweiten Kammer 48 im Düsenkörper
10, in der eine Schließfeder 50 angeordnet ist. Die Schließfeder 50 ist als Kegelstumpfm
feder ausgebildet, deren Windungen einen rechteckigen, hochgestellten Querschnitt
haben.
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Die Schließfeder 50 stützt sich am Düsenkörper 10 ab und greift über
eineaFederteller 52 am Dämpfungskolben 42 an. Der Federteller 52 hat eine beidseitig
über die Tellerseiten vorspringende Nabe 54, welche auf der
Ventilnadel
14 verschiebbar gelagert ist und gegen den Dämpfungskolben 42 stößt. Auf dem gegen
den Dämpfungskolben 42 gerichtetenTeil der Nabe 54 ist eine Ventilplatte 56 aus
Stahl zentriert und axial spielfrei gelagert, welche mit mehreren aus der Platte
freigestanzten, federnden Zungen 58 versehen ist. Die Zungen 58 sind gleichmäßig
über den Umfang der Ventilplatte 56 verteilt und je einer Bohrung 60 im Dämpfungskolben
42 zugeordnet. Die Bohrungen 60 haben zusammen einen Öffnungsquerschnitt, welcher
um ein Vielfaches größer als der Querschnitt des Drosselspaltes 46 ist.
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Am Beginn eines Einspritzhubes nehmen die Teile die in der Zeichnung
dargestellte Lage ein. Die Schließfeder 50 hält über den Federteller 52, den Dämpfungskolben
42 und den Sprengring 44 die Ventilnadel 14 mit einer ihrer Kennlinie entsprechenden
Anfangskraft am Ventilsitz 12 angelegt. Der ansteigende Kraftstoffdruck überwindet
bei Erreichen eines vorgegebenen Wertes die Anfangskraft der Schließfeder 50 und
schiebt danach die Ventilnadel 14 und den Dämpfungskolben 42 unter weiterer-Zusammendrükkung
der Schließfeder 50 vor sich her. Dabei wird der Dichtkegel 16 der Ventilnadel 14
vom Ventilsitz 12 abgehoben und die Spritzöffnung während eines ersten Teilhubes
der Ventilnadel 14 über den Drosselspalt freigegeben, welcher dem Ventilsitz 12
nachgeschaltet ist.
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Der Dämpfungskolben 42 verzögert diesen ersten Teilhub der Ventilnadel
14 dadurch, daß er den Kraftstoff aus der Kammer 48 in die Kammer 40 über den engen
Dro-sselspalt 46 verdrängt, wodurch ein erheblicher Bewegungswiderstand entsteht.
Die Bohrungen 60 im Dämpfungskolben 42 sind dabei geschlossen, weil die Zungen 58
durch die Druckdifferenz zwischen den Kammern 40 und 48 fest am Dämpf.ulnlgskolben
42 anliegen. Die Dämpfungswirkung ist unabhängig von der durchgesetzten Kraftstoffmenge,
die
über die Bohrungen 28, 26 und die Ringnut 22 in der Ventilnadel
14 zur Spritzöffnung gelangt.
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Wenn die Ventilnadel 14 den ersten Teilhub durchlaufen hat und der
zylindrische oder leicht konische Abschnitt 18 an der Ventilnadel 14 weitgehend
aus dem Bohrungsabschnitt 24 des Düsenkörpers 10 ausgetreten ist, beginnt der zweite
Teilhub, bei welchem die Haupteinspritzung erfolgt. Am Beginn des zweiten Teilhubes
steigt die Federkraft der Schließfeder 50 entsprechend ihrer nichtlinearen, progressiven
Federkennlinie stark an, so daß sich außer der Menge auch der Druck des ausgespritzten
Kraftstoffs wie gewünscht erhöht. Die Wirkung des Dampfungskolbens 42 bleibt auch
während des zweiten Teilhubs voll erhalten, bis der Federteller 54 mit seinem unteren
Stirnrand am Düsenkörper 10 anschlägt. Die Ventilnadel 14 hat dann ihren gesamten
Hub h zurückgelegt.
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Beim Schließhub der Ventilnadel 14 kehrt sich die auf die Zungen 58
der Ventilplatte 56 einwirkende Druckdifferenz zwischen den Kammern 40 und 48 um,
wodurch die Zungen 58 vom Dämpfungskolben 42 abgehoben und die Bohrungen 60 freigegeben
werden. Der scheibenförmige Teil des Federtellers 52 dient hierbei zur Hubbegrenzung
und Abstützung der abgehobenen Zungen 58. Durch die Freigabe der Bohrungen 60 wird
die verzögernde Wirkung des Dämpfungskolbens 42 praktisch aufgehoben, so daß die
Ventilnadel 14 rasch in die Ausgangsstellung zurückkehren und das Ventil schließen
kann.
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Bei einer einfacheren Ausführung könnte die durch die konische Ausbildung
des Dämpfungskolbens 42 eintretende Keilwirkung beim Schließhub der Ventilnadel
14 schon ausreichend sein, um die gewünschte einseitige Wirkung der Dämpfungseinrichtung
zu erzielen. In diesem Fall könnten die Bohrungen 60 in der Drosselplatte 42 und
die Ventilplatte 56 entfallen.
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Die Einspritzdüse nach Figur 2 stimmt:-.mit der vorbeschriebenen Einspritzdüse
bis auf die andere Ausbildung der schließkrafterzeugenden Mittel überein. Diese
Mittel bestehen hier aus zwei Tellerfedersätzen 70 und 72, welche in der nachstehend
noch näher beschriebenen Weise so angeordnet sind, daß die resultierende Federkennlinie
einen deutlich ausgepragten Knick am Ende des ersten Teilhubes der Ventilnadel 14
erhält. Die Tellerfedern des ersten Federsatzes 70 haben einen größeren Außendurchmesser
ünd in der Schließstellung der Ventilnadel 14 auch einen größeren Kegelwinkel und
eine größere Kegelstumpfhöhe als die Tellerfedern des zweiten Federsatzes 72.
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Der erste Federsatz 70 ist am inneren Tellerrand festgehalten, wobei
zwischen den einzelnen ioneresiTellePrändern äe eine Distanzbuchse 74 angeordnet,is-t,
die lose verschiebbar auf der Nabe 54 des Federtellers 52 sitzt. ner Der zweite
Federsatz 72 ist am äußeren Tellerrand festgehalten, wobei zwischen den einzelnen
äußeren Tellerrändern je ein im Düsenkörper 10 zentrierter Distanzring 76 angeordnet
ist. Die beiden. Federsätze 70, 72 sind so ineinander geschachtelt, daß in Achsrichtung
der Ventilnadel 14 gesehen jeweils ein Federteller des ersten Federsatzes 70 auf
einen Federteller des zweiten Federsatzes 72 folgt und umgekehrt. Die Tellerfedern
des ersten Federsatzes 70 stützen sich mit ihren äußeren Rändern an den Tellerfedern
des zweite Federsatzes 72 ab und rufen die Schließkraft der Ventilnadel 14 in der
in Figur 2 gezeigten Ausgangslage hervor.
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Auch während des ersten Teilhubes der Ventilnadel 14 wird die auf
die Ventilnadel 14 einwirkende Kraft allein durch den ersten Federsatz 70 hervorgerufen.
Am Ende des ersten Teilhubes hat sich der erste Federsatz 70 so stark verformt,
daß seine einzelnen Tellerfedern an denen des zweiten Federsatzes 72 zur Anlage
kommen. Von da ab wirken
beide Federsätze 70 und 72 dem Kraftstoffdruck
entgegen, wodurch sich der erwünschte Knick in der Federkennlinie ergibt. Beim Schließhub
der Ventilnadel 14 spielen sich die Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge ab, wobei
die Wirkung des Dämpfungskolbens 42 ebenfalls praktisch aufgehoben ist.
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Bei der Verwendung von Tellerfedern zur Schließkrafterzeugung kann
man sich auch den Umstand zunutzemachen, daß bei entsprechender Bemessung einer
Tellerfeder deren Federkennlinie ansich schon einen geknickten, nichtlinearen Verlauf
haben kann. Die beschriebene Anordnung könnte daher erfindungsgemäß auch so abgewandelt
werden, daß der erwünschte Knick am Ende des ersten Teilhubes der Ventilnadel 14
allein aus der Federkennlinie des ersten Federsatzes 70 abgeleitet ist und der zweite
Federsatz 72 erst nach einem weiteren Teilhub, gegebenenfalls erst kurz vor Vollendung
des Gesamthub der Ventilnadel 14, zugeschaltet wird. Der zweite Federsatz 72 würde
dann vornehmlich beim Schließhub der Ventilnadel 14 zur Geltung kommen, indem er
unterstützend zum ersten Federsatz 70 für ein schnelles Zurückführen der Ventilnadel
14 und Schließen des Ventils sorgt. Für eine solche Wirkungsweise wird vorgeschlagen,
daß die Tellerfedern des ersten Federsatzes 70 so ausgebildet werden, daß das Verhältnis
von Kegelstumpfhöhe zur Dicke des Federmaterials größer als 1,4 ist. Diese Federn
zeichnen sich durch einen deutlichen Knick in der nichtlinearen Federkennlinie aus,
die eine hysteresisartige Abhängigkeit von Federkraft zu Federhub ergibt.
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