DE3623364A1

DE3623364A1 - Kraftstoffeinspritzduese fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3623364A1
Application number: DE19863623364
Authority: DE
Inventors: Gerhard Auwaerter; Ernst Dipl Ing Imhof; Iwan Komaroff
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-07-11
Filing date: 1986-07-11
Publication date: 1988-01-21

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstof feinspritzdüse nach der Gattung des Hauptan spruchs.

Die Qualität der Verbrennung im Dieselmotor hängt unter anderem von der Kraftstoffluftaufbereitung ab, auf die die Kraftstoffeinspritzdüse einen erheblichen Einfluß hat. Je nach Motor ändert sich die Einspritzmenge zwischen Leerlauf und Vollast in einem Verhältnis von etwa 1:30. Außerdem steht für die Einspritzung der ohnehin kleinen Leerlaufeinspritzmenge entsprechend der niederen Motordrehzahl eine verhältnis mäßig lange Zeitspanne zur Verfügung, hinge gen bei hohen Drehzahlen nur eine sehr kurze Zeitspanne. Diese unterschiedlichen Kraft stoffmengen werden bei der unterschiedlich langen Spritzdauer durch Spritzöffnungen gepumpt, deren Querschnitt so gewählt sein muß, daß eine ausreichende Zerstäubung und damit Aufbereitung erzielbar ist. Während bei Vollast und hoher Drehzahl entsprechend dem kleinen Zeitquerschnitt eine sehr gute Zerstäubung des Kraftstoffes und eine ent sprechend gute Kraftstoffluftaufbereitung erreicht wird mit der Folge einer guten Verbrennung und einem geringen Kraftstoff verbrauch sowie geringem Giftanteil im Abgas, ergibt sich bei Leerlauf aufgrund des äußerst großen Zeitquerschnitts eine ver hältnismäßig schlechte Kraftstoffzerstäu bung, wodurch sich nicht nur der Giftanteil im Abgas erhöht, sondern auch der relative Kraftstoffverbrauch steigt.

Um den durch die Summe der verwendeten Spritzöffnungen gegebenen Einspritzquer schnitt der pro Zeiteinheit einzuspritzenden Kraftstoffmenge besser anzupassen, ist es bekannt (DE-OS 34 28 669) als Steuerschieber eine in der Hohlnadel geführte Schiebernadel vorzusehen, durch die zusätzliche Spritz öffnungen steuerbar sind, wobei diese Schiebernadel über ein in Abhängigkeit von Motorkenngrößen arbeitendes Stellglied betätigt wird und in jedem Fall der Kraft stoffstrom auch zu diesen über die Schieber nadel zuschaltbaren Spritzöffnungen durch die Ventilnadel gesteuert wird. Diese be kannte Kraftstoffeinspritzdüse hat verschie dene Nachteile:

- erstens ist die Schiebernadel mit ihrer Stirnseite den unmittelbaren Druck des Brennraums des Motors ausgesetzt, so daß zu ihrer Verstellung, die mögli cherweise während des Betriebs statt finden muß, erhebliche Kräfte erforder lich sind;
- zweitens ist durch die unmittelbare Öffnung zum Brennraum hin eine Verko kung in der zum Brennraum hin offenen und der Führung der Schiebernadel dienenden Bohrung gegeben; und was entweder zum "Fressen" oder zum Ver schleiß mit nachfolgender Vergrößerung des Dichtspalts des Schiebers führt;
- drittens wird die Kraftstoffsteuerung zu den Zusatzspritzöffnungen über eine in der Mantelfläche der Schiebernadel vorgesehene Ringnut erzielt, so daß nachteiligerweise hier stromab des Ventilsitzes und stromab der Eingänge der durch die Schiebernadel ungesteuer ten Spritzöffnungen ein Drosseleffekt entsteht für die Kraftstoffmenge, die durch die gesteuerten Spritzöffnungen abgespritzt wird. Hinzu kommt, die Schiebernadel daß aufgrund ihrer der begrenzten Hubmöglichkeit und der hier nur begrenzt möglichen Düsenkörperab messungen bei einer Stellung für aufge steuerte Zusatzspritzöffnungen diese teilweise wieder durch die Begren zungskante der Ringnut zusteuert.

Bei einer anderen bekannten Kraftstoffein spritzdüse (DE-OS 27 26 296) wird für einen ersten Hub von Ventilnadel und Hohlnadel ein erster Einspritzquerschnitt aufgesteuert und nach entsprechender Drucksteigerung Ver schiebung nur noch der Ventilnadel ein weiterer Einspritzquerschnitt zugeschaltet. Die zusätzlichen Spritzöffnungen werden somit nur dann zugeschaltet, wenn aufgrund des zugeführten Kraftstoffes in Verbindung mit der Drosselwirkung der stets benutzten Spritzöffnungen ein ausreichend hoher Druck im Druckraum der Einspritzdüse erzielt wird, was im wesentlichen von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt. Eine gezielte in Abhängigkeit von sonstigen Motorkenngrößen abhängige Zeitquerschnittsteuerung ist jedoch nicht möglich.

Ein wesentlicher Nachteil aller dieser bekannten Steuerungen zur Anpassung des Einspritzquerschnittes an Drehzahl und Last besteht darin, daß die einander zugeordneten Steuerstellen an einander radial gegenüber liegenden Zylinderflächen vorhanden sind, das heißt wo ein zylindrisches Teil in eine entsprechende Bohrung eingepaßt ist, wobei in der Bohrung vorhandene Ausnehmungen mit solchen in der Mantelfläche des zylindri schen Teils zusammenwirken. Einerseits bewirkt die relative Hubarbeit zwischen den beiden Teilen eine Abnutzung mit der Folge von zunehmenden Leckmengen bei abnehmender Steuerungsqualität - immerhin finden bei 4000 Umdrehungen eines 4-Zylindermotors in der Minute 1000 Ventilspiele einer Ein spritzdüse statt bzw. mehr als 15 Spiele/sec. - und andererseits ist die Toleranzbestim mung bei unterschiedlichen Werkstoffen der verwendeten Teile sehr schwierig, wenn einerseits bei kaltem Motor die Leckmengen in Grenzen gehalten werden sollen, um damit auch die Schadstoffe im Abgas zu reduzieren und andererseits bei warmem Motor eine erhöhte Reibung, die bis zum Klemmen führen kann, in jedem Fall aber eine erhöhte Ab nützung bedeutet, vermieden werden soll.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Haupt anspruchs hat demgegenüber mindestens fol gende Vorteile:

- Eine Einspritzdüse mit änderbarem Gesamteinspritzquerschnitt bei hoher Schließdichte, wie sie bei Ventilnadeln mit konischen Ventil sitz gegeben ist;
- die Spritzöffnungen, die aufge steuert sind, stehen alle in Verbindung mit den als Druckraum dienenden Ausnehmungen, so daß eine dem Druck und Querschnitt entsprechende Kraftstoffaufteilung gewährleistet ist;
- die Spritzöffnungen können bezüg lich einer gedachten Querschnitts ebene nebeneinander angeordnet sein und müssen nicht gegeneinan der versetzt werden wie bei den bekannten Kraftstoffeinspritzdüsen mit änderbarem Gesamtsteuerquer schnitt;
- der Konuswinkel kann verhältnis mäßig groß gewählt werden, so daß der eingeschlossene Winkel zwi schen den Achsen zweier Spritzöff nungen einen sehr weiten Bereich, nämlich von 60° bis 160° aufweisen kann;
- die Erfahrungen, die bei der Großserienfertigung von nach innen öffnenden Düsen bestehen, können hier voll ausgenutzt werden und es können manche Teile aus dieser Großserienfertigung verwendet werden, wie beispielsweise die Schließfeder, die Ventilnadel usw. und
- eine konische Ausbildung des Steuerschiebers bewirkt mit der Betriebsdauer eine Verbesserung der Dichtflächenauflage im Gegen satz zu den bekannten Steuersy stemen, bei denen sich die Dicht heit mit der Betriebsdauer ver schlechtert.

Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffein spritzdüse bietet sich auch die Verwendung von sonstigen in der Einspritzung verwende ten Teilen an, wie beispielsweise die Ver wendung eines elektrischen Weggebers, der durch die Ventilnadel erregt wird. Auch andere Erfahrungen, wie beispielsweise des Herstellens des Düsenkörpers aus zwei Teilen unterschiedlicher Härte, die durch Laser schweißen miteinander verbunden werden.

Es ist zwar eine Kraftstoffeinspritzdüse bekannt (DE-OS 29 48 451) bei der die Änderung des Gesamteinspritzquerschnittes über einen Schieber erfolgt, der in einem Gewinde verdrehbar angeordnet ist und beim Verdrehen den Querschnitt von Zusatzspritzöffnungen, die in einer anderen Ebene als die Grundboh rungen angeordnet sind, durch seine axiale Verschiebung mehr oder weniger ändert. Dieser Schieber ist hohl ausgebildet, so daß die gesamte geförderte Einspritzmenge durch diesen Hohlraum strömen muß, der stromab des Ventilsitzes liegt, wobei ein außerordent lich großer schädlicher Raum mit Nachtropfen von Kraftstoff in den Brennraum gegeben ist, so daß diese bekannte Kraftstoffeinspritz düse mit der erfindungsgemäßen nicht ver gleichbar ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auf dem Außenkonus und/oder der Innensitzfläche im Bereich der Ausneh mungen bzw. der Spritzöffnungen eine band breite Erhebung mit dichtem Flächensitz vorhanden. Aufgrund der Bandbreite sind die hertzschen Pressungen in diesem Dichtbereich größer und es sind die gegen Verdrehen bestehenden Reibwiderstände aufgrund der verhältnismäßig kleinen Dichtfläche verrin gert, so daß der Drehschieber leichter verdrehbar ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfin dung ist der Drehschieber durch eine Über wurfmutter und drehschlüssig mit einem im Ventilkörper geführten und außerhalb der Einspritzdüse zugänglichen Drehkörper ver bunden. Wobei dieser Drehkörper und damit der Drehschieber in Richtung Steuersitz durch Tellerfedern belastbar ist. Durch den am Steuersitz durchleckenden Kraftstoff wird der Drehkörper und auch ggf. die Teller federn geschmiert, so daß der Kraftaufwand zum Verdrehen des Drehkörpers bzw. des Drehschiebers verhältnismäßig klein ist. Das Verdrehen des Drehschiebers kann dann über einen Stellmotor erfolgen, der durch ein Motorkenngrößen verarbeitendes elektroni sches Steuergerät ansteuerbar ist. Hierdurch entsteht eine konstruktiv einfache Anordnung aus Ventilnadel, Drehschieber und Düsenkör per.

Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung verlaufen der Druckkanal und der Leckölkanal mindestens abschnittsweise im Verdrehkörper, wodurch dessen Masse redu zierbar ist und eine nahezu ununterbrochene Kraftstofführung von den Kraftstoffanschluß nippeln der Einspritzdüse bis zu den Steuer stellen erzielbar ist.

Nach einer die Steuerstelle betreffenden Ausgestaltung der Erfindung dienen als Druckkanäle Bohrungen, deren Achsen im rechten Winkel zur Konusfläche stehen, wobei nach einer Variante als Ausnehmungen je eine in der Konusfläche vorhandene Abflachung dient und nach einer anderen Variante als Ausnehmung je eine in der Konusfläche vor handene sich in Drehrichtung ausdehnende Teilringnut dient. Diese beiden Varianten sind bevorzugte Ausgestaltungen, die beson ders fertigungstechnisch einfach herstellbar sind.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestal tungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprü chen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mit 2 Varianten in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kraftstoff einspritzdüse im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das spritzseitige Ende der Einspritz düse in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 eine Queransicht der Stelle III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt nach Linie IV-IV in Fig. 1 als erste Variante und

Fig. 5 einen entsprechenden Querschnitt als zweite Variante,

wobei die Fig. 3, 4 und 5 gegenüber der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab dargestellt sind.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In einem Düsenkörper 1 mit Spritzöffnungen 2 ist verdrehbar ein Drehkörper 3 angeordnet, an den über eine Überwurfmutter 4 ein Dreh schieber 5 gespannt ist, so daß über das aus der Einspritzdüse herausragende Ende 6 des Drehkörpers 3 der Drehschieber 5 im Düsen körper 1 verdrehbar ist. Zur Fixierung der Lage zwischen Drehkörper 3 und Drehschieber 5 dient ein Fixierstift 7. Der Düsenkörper 1 ist nach außen durch einen Schraubstopfen 8 verschlossen mit einer zentralen Bohrung 9 durch die der Verdrehkörper geführt ist. Der Verdrehkörper ist in Richtung Spritzöffnun gen 2 durch Tellerfedern 11 belastet, die unter Zwischenschaltung von Axiallagern 12 einerseits auf eine Schulter 13 des Verdreh körpers wirken und andererseits sich unter Zwischenschaltung eines Druckanschlußteils 14 am Schraubstopfen 8 abstützen. Das Druckanschlußteil 14 weist an seinem oberen und unteren Ende Dichtungen 15 zum Verdreh körper 3 hin auf und trägt einen Druckan schlußnippel 16. Auf der Höhe dieses Druck anschlußnippels 16 ist in der Mantelfläche des Verdrehkörpers 3 eine Ringnut 17 vorhan den, die mit einem in Verdrehkörper 3 ange ordneten Druckkanal 18 verbunden ist.

Ebenfalls in dem Verdrehkörper 3 ist ein Leckkanal 19 angeordnet, der in den die Tellerfeder 11 aufnehmenden Raum 21 mündet, welcher über einen Leckölanschluß Nippel 22 druckentlastet ist.

Der Verdrehbereich des Verdrehkörpers 3 ist, wie auch aus Fig. 3 ersichtlich, durch eine Kappe 23 begrenzt, die mittels einer Maden schraube 24 drehfest mit dem Verdrehkörper 3 verbunden ist und deren Drehbereich durch einen axial an dieser Kappe 23 angeordneten Stift 25 bestimmt wird, der in eine entspre chende mit Anschlagwänden versehene Ausneh mung 26 des Düsenkörpers 1 greift.

In einer zentralen Bohrung des Drehschiebers 5 arbeitet in üblicher Weise eine Ventil nadel 27, die sich über einen Federteller 28 an einer Schließfeder 29 abstützt, die in einem Federraum 31 angeordnet ist, der als Sackbohrung im Verdrehkörper 3 vorgesehen ist und über eine Radialbohrung 32 und einen Leckspalt 33 zwischen Verdrehkörper 3 und Düsenkörper 1 zum Raum 21 hin druckentlastet ist.

In diesem Federraum 31 ist noch ein elektri scher Weggeber 34 angeordnet, über den die jeweilige Lage der Ventilnadel 27, besonders zur Erfassung des Spritzbeginns, meßbar ist. Wie besonders Fig. 2 entnehmbar ist, ist die Spitze 35 der Ventilnadel 27 in üblicher weise durch mehrere Kegelstümpfe gebildet, die mit einem konischen Ventilsitz 36 zusam menwirken, so daß eine Ventildichtkante 37 entsteht. Stromab dieser Dichtkante 37 zweigen von der Ventilsitzfläche 36 Druck kanäle 38 ab, die in Ausnehmungen 39 münden, welche wiederum je nach Drehlage des Dreh schiebers 5 zu den Spritzöffnungen 2 offen sind. Der Drehschieber 5 weist dafür einen Außenkonus 41 auf, der einer Innensitzfläche 42 des Düsenkörpers 1 entsprechenden Winkels gegenüber liegt. Um eine gute Dichtheit zu erreichen, ist im Bereich der Ausnehmung 39 bzw. Spritzöffnungen 2 auf der Konusfläche 41 des Drehschiebers 5 eine bandbreite Erhebung 43 vorhanden, die im übrigen dich tend auf der Innensitzfläche 42 aufliegt.

Gemäß der in Fig. 4 dargestellten ersten Variante sind einerseits drei andererseits vier Spritzöffnungen 2 vorgesehen und es münden die Druckkanäle 38 in als Ausnehmun gen ausgebildete Abflachungen 44. Bei der in Fig. 4 dargestellten Drehlage des Drehschie bers 5 ist nur eine Spritzöffnung 45 durch die Abflachung 44 aufgesteuert, so daß nur ein kleiner Gesamtspritzquerschnitt zur Verfügung steht. Entsprechend der Fig. 3 entnehmbaren einen Extremdrehlage. Wird der Drehschieber 5 in Pfeilrichtung einschließ lich natürlich der Ventilnadel mit kegeliger Fläche 35 verdreht, so werden nach und nach weitere Spritzöffnungen 2 aufgesteuert, wodurch der Gesamtquerschnitt entsprechend vergrößert wird.

Bei der zweiten in Fig. 5 dargestellten Variante mündet der Druckkanal 38 in eine Teilringnut 46, durch die wie bei der ande ren Variante je nach Drehlage eine unter schiedliche Zahl von Spritzöffnungen 2 aufsteuerbar ist. Außerdem weisen hier die Spritzöffnungen 2 eine andere von der radia len abweichende Spritzrichtung auf.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfin dungswesentlich sein.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraft maschinen mit einer durch eine Schließ feder belasteten entgegen der Strö mungsrichtung des Kraftstoffes öffnen den und einen konischen Ventilsitz aufweisenden Ventilnadel mit in der Ventilsitzfläche beginnenden, der Weiterleitung des unter Druck stehenden Kraftstoffes dienenden Druckkanälen und mit einem durch Steuermittel betätig baren der Änderung des Gesamteinspritz querschnittes dienenden Steuerschieber, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuer schieber ein in einer axialen Sackboh rung die Ventilnadel (27) und den Ventilsitz (36) aufnehmender Drehschieber (5) dient, der als Steuerschieberfläche einen Außenkonus (41) aufweist, der mit einer entsprechenden Innensitzfläche (42) eines die Spritzöffnungen (2) enthaltenden Düsenkörpers (1) zusammenwirkt und daß die Druckkanäle (38) in Ausnehmungen (39), (44), (46) münden, die in der Mantelfläche des Außenkonus (41) angeordnet sind und je nach Drehlage des Drehschiebers (5) eine entspre chende Zahl von Spritzöffnungen (2) frei legen.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Außenkonus (41) und/oder der Innensitz fläche (42) im Bereich der Ausnehmungen (39) und Spritzöffnungen (2) eine bandbreite Erhebung (43) mit dichtem Flächensitz vorhanden ist.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen Drehschieber (5) und Düsen körper (1) gebildeter Ringspalt (33) zum Leckanschluß (16) druckentlastet ist.

4. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch ge kennzeichnet, daß der Drehschieber (5) mittels einer Überwurfmutter (4) und drehschlüssig mit einem im Düsenkörper (1) geführten und außerhalb der Ein spritzdüse zugänglichen Verdrehkörper (3) verbunden ist.

5. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Ver drehkörper (3) und damit der Drehschie ber (5) in Richtung Steuersitz (43) durch Tellerfedern (11) belastet ist.

6. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Lecköl anschluß (16) im Bereich des die Tel lerfedern (11) aufnehmenden Raumes (21) vorgesehen ist.

7. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch ge kennzeichnet, daß der Druckkanal (18) und der Leckkanal (19) mindestens abschnittsweise im Verdrehkörper (3) vorhanden sind.

8. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch ge kennzeichnet, daß als Druckkanäle (38) Bohrungen dienen, deren Achse im rech ten Winkel zur Tangentenfläche des Außenkonus (41) stehen.

9. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch ge kennzeichnet, daß als Ausnehmungen (44) je eine im Außenkonus vorhandene Ab flachung (44) dient (Fig. 4).

10. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausnehmung je eine im Außen konus (41) vorhandene, sich in Dreh richtung ausdehnende Teilringnut (46) dient.

11. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich net, daß die Verdrehung des Verdreh körpers (3) mechanisch, elektrisch oder hydraulisch erfolgen kann.