DE69520464T2

DE69520464T2 - Kraftstoffeinspritzventil und Verfahren zum Einstellen des Nadelhubes eines Kraftstoffeinspritzventils

Info

Publication number: DE69520464T2
Application number: DE69520464T
Authority: DE
Inventors: Mario Ricco
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-07-01
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2015-06-30
Also published as: ES2157275T3; EP0690223A3; US5651503A; EP0690223A2; IT232490Y1; EP0690223B1; ITTO940142V0; JP3811511B2; JPH08165965A; ITTO940142U1; DE69520464D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffeinspritzer und ein Verfahren zum Einstellen der Bewegung eines Kraftstoffeinspritzerverschlusses.
Das Einstellen der Bewegung des Verschlusses bei einer Kraftstoffeinspritzdüse ist extrem wichtig, denn dies bestimmt die maximale Abgabe und infolgedessen auch die Öffnungs- und Schließzeiten des Einspritzers; bei bekannten Einspritzern wird dies mit Hilfe von Beilagscheiben am Ende des Verschlusses oder der Nadelsteuerstange eingestellt, auf welche der unter Druck stehende Kraftstoff wirkt.
Die Beilagscheiben unterliegen somit dem Verschleiß, aufgrund der erheblichen dynamischen Beanspruchungen, denen sie ausgesetzt sind, und, was noch gravierender ist, sie tragen in keiner Weise dazu bei, irgendwelche transversalen Kräfte zu reduzieren oder zu beseitigen, die von der Stange auf die Nadel übertragen werden, was zu einem Verschleiß der zusammenpassenden Oberflächen zwischen der Nadel und der Düse führt.
Die Veröffentlichung EP 548 916 A gibt einen Kraftstoffeinspritzer an, der einen Verschluß in Form einer Nadel aufweist, um die Düse zu schließen. Die Nadel wird von einer koaxialen Stange gesteuert, die ihrerseits von einem elektromagnetischen Dosierventil gesteuert wird. Die Stange wirkt auf die Nadel über eine im wesentlichen zylindrische Platte, die von einem Sitz koaxial mit der Stange geführt ist. Die miteinander zusammenpassenden Oberflächen der Platte und der Nadel sowie diejenigen der Platte und der Stange sind jedoch flach.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen extrem einfachen, zuverlässigen Kraftstoffeinspritzer anzugeben, der einen Verschluß aufweist und der so ausgebildet ist, daß er die oben erwähnten Nachteile ausräumt, die typischerweise mit herkömmlichen Anordnungen zusammenhängen.
Gemäß der Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzer angegeben, der folgendes aufweist: einen Verschluß, der die Form einer Nadel aufweist, die sich zum Öffnen und Schließen einer Düse axial bewegt; eine Steuerstange, die koaxial mit der Nadel angeordnet und axial verschiebbar ist, um die Bewegung der Nadel mittels einer im wesentlichen zylindrischen Platte zu steuern; wobei die Platte und die Steuerstange mit einem ersten Paar von passenden Flächen miteinander in Eingriff stehen und wobei die Platte und die Nadel mit einem zweiten Paar von passenden Flächen miteinander in Eingriff stehen; einen Hohlkörper mit einem axialen Hohlraum, in dem die Steuerstange und die Platte gleiten, wobei der axiale Hohlraum eine Hülse zum präzise passenden Führen eines Endbereiches der Steuerstange sowie einen koaxialen Sitz zum Führen der Platte aufweist, wobei die Hülse eine Steuerkammer bildet, die von einer Abschlußoberfläche des Endbereiches gebildet ist; und ein elektromagnetisches Dosierventil mit einem Elektromagneten, der einen Anker steuert, so daß dann, wenn der Elektromagnet erregt wird, der Kraftstoff aus der Steuerkammer abgelassen wird und der Kraftstoffdruck in einer Einspritzkammer bewirkt, daß die Nadel die Düse öffnet, und wenn der Elektromagnet aberregt wird, die Steuerkammer geschlossen wird, um zu bewirken, daß der Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerkammer auf die Abschlußoberfläche wirkt, so daß die Nadel gehalten wird, um die Düse zu schließen; und ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: der koaxiale Sitz ist exakt bearbeitet, um in Bezug auf die zylindrische Oberfläche der Platte ein sehr kleines Spiel zu bieten; wobei die eine passende Fläche von jedem der Paare flach ist und die andere passende Fläche von jedem der Paare konvex ist; so daß die Platte jegliche transversalen Komponenten der Kräfte aufnimmt, die zwischen der Steuerstange und der Nadel wirken und die aufgrund einer Fehlausfluchtung der Steuerstange und der Nadel entstehen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Platte in Bezug auf die Höhe in verschiedenen Klassen ausgebildet, wobei eine Platte in einer der Klassen so gewählt ist, daß sie zwischen die Steuerstange und die Nadel paßt, um somit die Bewegung der Nadel einzustellen, damit diese an das erforderliche Öffnen der Düse angepaßt ist.
Eine bevorzugte, nicht-einschränkende Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend als Ausführungsbeispiel und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Halbschnitt eines Kraftstoffeinspritzers zur Erläuterung einer Verschlußbewegungs-Einstelleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht in größerem Maßstab einer Einzelheit in Fig. 1; und
Fig. 3 zeigt einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2.
Das Bezugszeichen 5 in Fig. 1 bezeichnet einen Kraftstoffeinspritzer, beispielsweise für eine Dieselbrennkraftmaschine, der einen Hohlkörper 6 mit einem axialen Hohlraum 7 aufweist, in welchem eine Steuerstange 8 gleitet. An der Unterseite ist an dem Körper 6 mittels einer Ringmutter 9 eine Düse 10 angebracht, die in einer oder mehreren Einspritzöffnungen 11 endet, welche mit einem axialen Hohlraum 12 der Düse 10 in Verbindung stehen.
Der Körper 6 weist einen Ansatz 13 auf, der mit einem Kraftstoffzuführungsanschluß 14 für hohen Druck, z. B. 120 MPa, verbunden ist, der über eine Leitung 16 in dem Körper 6 und eine Leitung 17 in der Düse 10 mit einer Einspritzkammer 18 in Verbindung steht, die ihrerseits mit dem Hohlraum 12 in Verbindung steht.
Die Öffnung 11 ist normalerweise von einem Verschluß 19 vom Nadeltyp verschlossen, der koaxial mit der Stange 8 im Inneren des Hohlraumes 12 untergebracht ist und einen Bereich 21 mit größerem Durchmesser besitzt, welcher in gleitender Weise im Inneren eines Sitzes 22 geführt ist, der in der Düse 10 ausgebildet und koaxial mit dem Hohlraum 12 vorgesehen ist, und der eine Schulter 23 bildet, auf die unter Druck stehender Kraftstoff in der Kammer 18 wirkt.
Der Einspritzer 5 weist ferner ein Dosierventil 24 auf, das von einem Elektromagneten 26 gesteuert ist, der einen Anker 27 steuert. Das Dosierventil 24 weist einen Kopf 28 auf, der im Inneren eines in dem Körper 6 ausgebildeten Sitzes 29 untergebracht und koaxial mit dem Hohlraum 7 angeordnet ist; der Kopf 28 weist eine Hülse 30 auf, um den oberen Bereich 31 der Stange 8 präzise passend zu führen.
Die Hülse 30 bildet eine Steuerkammer 32, die von der oberen Oberfläche 33 des Bereiches 31 der Stange 8 gebildet ist, welche eine größere Oberfläche als die Schulter 23 der Nadel 19 besitzt; die Steuerkammer 32 steht über eine Einlaßleitung 34 mit dem Kraftstoff unter hohem Druck von dem Anschluß 14 sowie über eine Ablaßleitung 36 mit einer Ablaßkammer 37 in Verbindung, die ihrerseits mit dem Kraftstofftank in Verbindung steht.
Der Bereich 31 der Stange 8 weist eine ringförmige Nut 38 auf, um den Kraftstoffdruck von der Hochdruck-Steuerkammer 32 zu einer Niederdruckkammer 39 gleichmäßiger zu verteilen, welche mit der Ablaßkammer 37 über eine in dem Körper 6 gebildete Leitung 41 in Verbindung steht, so daß der niedrige Druck der Atmosphärendruck ist.
Die Nut 38 sorgt dafür, transversale Komponenten der Kräfte zu beseitigen oder zu reduzieren, die von der Druckreduzierung über die Präzisionspassung 30-31 erzeugt werden, so daß der Verschleiß beseitigt wird, der von der Oberfläche des Bereiches 31 hervorgerufen wird, der längs einer Erzeugenden der Innenoberfläche der Hülse 30 gleitet.
An der Unterseite weist die Kammer 39 einen Bereich 42 mit kleinerem Durchmesser auf, der mit einem Bereich 43 der Stange 8 mit kleinerem Durchmesser in Eingriff steht; an der Unterseite bildet der Bereich 42 eine Schulter 45, die eine Kammer 44 bildet, in welcher eine Druckfeder 46 untergebracht ist, die an der Oberseite auf der Schulter 45 sitzt und an der Unterseite auf einer Platte 47 sitzt, welche sich zwischen dem Bereich 31 der Stange 8 und dem oberen Bereich 21 der Nadel 19 befindet.
Der Elektromagnet 26 ist normalerweise aberregt, so daß mittels einer weiteren Feder 48 der Anker 27 auf einen Kugelverschluß 49 wirkt, um die Ablaßleitung 36 der Steuerkammer 32 zu schließen. Der Kraftstoffdruck im Inneren der Steuerkammer 32 wirkt daher auf eine Oberfläche 33 des oberen Bereiches 31 der Stange 8 und ist, zusammen mit der Wirkung der Feder 48, größer als der Kraftstoffdruck auf der Schulter 23 der Nadel 19, so daß die Stange 8 zusammen mit der Platte 47 und der Nadel 19 unten gehalten wird, wobei die Nadel 19 somit die Öffnung 11 der Düse 10 verschließt.
Wenn der Elektromagnet 26 erregt wird, dann wird der Anker 27 hochgezogen, so daß der Kraftstoffdruck in der Kammer 32 das Dosierventil 24 öffnet. Der Kraftstoff wird aus der Kammer 32 längs der Leitung 36 in die Kammer 37 und zurück zum Tank abgelassen; der Kraftstoffdruck in der Einspritzkammer 18, der dann größer ist als der verbleibende Druck auf der Oberfläche 33 der Stange 8 und die von der Feder 37 ausgeübte Kraft, bewegt die Nadel 19 nach oben, um die Öffnung 11 zu öffnen und dadurch den im Inneren der Kammer 18 und den Leitungen 16 und 17 enthaltenen Kraftstoff einzuspritzen.
Wenn der Elektromagnet 26 wieder aberregt wird, dann wird der Anker 27 rasch von der Feder 48 abgesenkt, um die Steuerkammer 32 zu schließen, so daß mittels der Stange 8 und der Feder 46 der unter Druck stehende Kraftstoff die Nadel 19 wieder nach unten bewegt, um die Öffnung 11 zu verschließen.
Gemäß der Erfindung ist die Platte 47, um die Bewegung bzw. den Hub der Nadel 19 einzustellen, in verschiedenen modularen Klassen hinsichtlich der Höhe h ausgebildet. Zweckmäßigerweise können für die Platten 47 fünf Klassen vorgesehen sein, die sich in der Höhe h um 0,02 mm unterscheiden. Die Klasse der Platte 47, die in jedem Falle zwischen die Stange 8 und die Nadel 19 einzupassen ist, wird so gewählt, daß die Höhe h dem erforderlichen Hub bzw. der erforderlichen Bewegung der Nadel 19 entspricht, d. h. ausgedrückt in Werten der maximalen Abgabe des Einspritzers.
Die Platte 47 dient ferner dazu, jegliche transversalen Komponenten der Kräfte aufzunehmen, die zwischen der Stange 8 und der Nadel 19 unvermeidlicherweise wirken, und zwar aufgrund einer geringfügigen Fehlausfluchtung der Stange 8 und der Nadel 19, und zu diesem Zweck gleitet die Platte 47 im Inneren einer Führung, die von einem Sitz 51 (vgl. Fig. 2) gebildet wird, der von dem unteren Bereich der Kammer 44 gebildet ist und dessen Oberfläche so bearbeitet ist, daß sie exakt zu der zylindrischen Oberfläche der Platte 47 paßt, d. h. mit einem sehr kleinen Spiel von etwa 0,02 mm.
Da die Platte 47 im Inneren des Niederdruckbereiches der Kammer 44 untergebracht ist und wegen der Drücke in den Kammern 32 und 18 werden die Stange 8, die Platte 47 und die Nadel 19 niemals voneinander gelöst und bewegen sich integral miteinander wie in einem Stück, so daß jegliche dynamischen Beanspruchungen auf das Einstellelement 47 und damit ein Verschleiß bei den Teilen eliminiert wird, die miteinander in Kontakt stehen.
Es ist bekannt, daß der Einspritzer 5 bei einem Druck von mehr als 120 MPa in den Kammern 18 und 32 arbeitet (vgl. Fig. 1); und da die Oberflächen 23 und 33, die diesem Druck ausgesetzt sind, in der Größenordnung von 12 bis 16 mm² liegen, betragen die dabei auftretenden Kräfte grob 2000 N, so daß jegliche transversalen Komponenten von ihnen somit das sanfte Gleiten von der Stange 8 im Inneren des Hohlraumes 7, vom oberen Bereich 31 der Stange 8 im Inneren der Hülse 30, und vom Bereich 21 der Nadel 19 im Inneren des Sitzes 22 beeinträchtigen können, welche eine sehr enge Paßtoleranz besitzen, z. B. ein radiales Spiel von etwa 0,001 mm.
Gemäß einem weiteren charakteristischen Merkmal der Erfindung weist die zylindrische Oberfläche der Platte 47 einen flachen Bereich 52 auf (vgl. Fig. 2 und 3), der eine Passage in die Niederdruckkammer 44 für den Kraftstoff, der aus der Hochdruckkammer 18 sickert, und zwischen den passenden Oberflächen des Sitzes 22 und des Bereiches 21 der Nadel 19 bildet.
Außerdem steht die Platte 47 mit der Stange 8 und/oder der Nadel 19 in Kontakt mittels mindestens eines Paares von passenden Oberflächen, die eine konvexe Oberfläche und eine flache Oberfläche sind.
Genauer gesagt, die Platte 47 weist an der Oberseite einen kleinen kegelstumpfförmigen Bereich 53 auf, der an der Oberseite in einer flachen Oberfläche 54 endet, die mit einer konvexen Oberfläche 56 am unteren Ende des Bereiches 43 der Stange 8 in Eingriff steht. Dieser Bereich 53 sorgt auch für ein wirksames Zentrieren und Führen und verhindert somit ein Gleiten bzw. Wegrutschen der Feder 46 im Inneren der Kammer 44.
An der Unterseite weist die Platte 47 eine leicht konvexe Oberfläche 57 auf, die mit einer flachen Oberfläche 58 des Bereiches 21 der Nadel 19 in Eingriff steht. Die Kräfte zwischen den passenden Oberflächen 54 und 56 sowie 57 und 58 werden somit derart übertragen, daß transversale Komponenten der Kräfte, die zwischen der Stange 8 und der Nadel 19 wirken und auf irgendeiner Fehlausfluchtung von Stange 8 und Nadel 19 beruhen, von der Platte 47 aufgenommen werden.
Die Vorteile der Einstelleinrichtung gemäß der Erfindung werden aus der vorstehenden Beschreibung deutlich. Insbesondere sorgt sie dafür, daß die Bewegung der Nadel 19 in einem Bereich eingestellt wird, der keinen dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt ist, sowie dafür, daß jegliche transversalen Komponenten von Kräften, die zwischen der Stange 8 und der Nadel 19 wirken, aufgenommen werden.
Es versteht sich, daß Abänderungen der hier beschriebenen und dargestellten Einstelleinrichtungen vorgenommen werden können, ohne jedoch den Schutzumfang der Ansprüche zu verlassen. Insbesondere kann die Platte 47 zwei flache Oberflächen haben, die mit konvexen passenden Oberflächen der Stange 8 und der Nadel 19 in Eingriff stehen, und umgekehrt; die passenden Oberflächen 54 und 56 sowie 57 und 58 in einem oder beiden von den Paaren können beide konvex oder die eine konvex und die andere konkav sein. Die Platte 47 kann eine andere Anzahl von beispielsweise zwei diametral gegenüberliegenden flachen Bereichen 52 aufweisen; ferner können die flachen Bereiche 52 durch axiale oder wendelförmige Nuten ersetzt sein.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzer, der folgendes aufweist:

einen Verschluß, der die Form einer Nadel (19) aufweist, die sich zum Öffnen und Schließen einer Düse (10, 11) axial bewegt;

eine Steuerstange (8), die koaxial mit der Nadel (19) angeordnet und axial verschiebbar ist, um die Bewegung der Nadel (19) mittels einer im wesentlichen zylindrischen Platte (47) zu steuern;

wobei die Platte (47) und die Steuerstange (8) mit einem ersten Paar von passenden Flächen (54, 56) miteinander in Eingriff stehen und wobei die Platte (47) und die Nadel (19) mit einem zweiten Paar von passenden Flächen (57, 58) miteinander in Eingriff stehen;

einen Hohlkörper (6) mit einem axialen Hohlraum (7), in dem die Steuerstange (8) und die Platte (47) gleiten, wobei der axiale Hohlraum (7) eine Hülse (30) zum präzisepassenden Führen eines Endbereiches (31) der Steuerstange (8) sowie einen koaxialen Sitz (51) zum Führen der Platte (47) aufweist, wobei die Hülse (30) eine Steuerkammer (32) bildet, die von einer Abschlußoberfläche (33) des Endbereiches (31) gebildet ist; und

ein elektromagnetisches Dosierventil (24) mit einem Elektromagneten (26), der einen Anker (27) steuert, so daß dann, wenn der Elektromagnet (26) erregt wird, der Kraftstoff aus der Steuerkammer (32) abgelassen wird und der Kraftstoffdruck in einer Einspritzkammer (18) bewirkt, daß die Nadel die Düse (10, 11) öffnet, und wenn der Elektromagnet aberregt wird, die Steuerkammer (32) geschlossen wird, um zu bewirken, daß der Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerkammer (32) auf die Abschlußoberfläche (33) wirkt, so daß die Nadel (19) gehalten wird, um die Düse (10, 11) zu schließen;

gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

der koaxiale Sitz (51) ist exakt bearbeitet, um in Bezug auf die zylindrische Oberfläche der Platte (47) ein sehr kleines Spiel zu bieten;

wobei die eine passende Fläche (54, 58) von jedem der Paare flach ist und die andere passende Fläche (56, 57) von jedem der Paare konvex ist;

so daß die Platte (47) jegliche transversalen Komponenten der Kräfte aufnimmt, die zwischen der Steuerstange (8) und der Nadel (19) wirken und die aufgrund einer Fehlausfluchtung der Steuerstange (8) und der Nadel (19) entstehen.

2. Kraftstoffeinspritzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel in dem Bereich von 0,02 mm liegt.

3. Kraftstoffeinspritzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstange (8) eine ringförmige Nut (38) aufweist, um die transversalen Komponenten des Kraftstoffdruckes in der Hülse (30) zu vermindern.

4. Kraftstoffeinspritzer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (47) eine konvexe Oberfläche (57) aufweist, die mit einer flachen Oberfläche (58) der Nadel (19) in Eingriff steht.

5. Kraftstoffeinspritzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (47) ferner einen kegelstumpfförmigen Bereich (53) aufweist, der mit einer flachen Oberfläche (54) abschließt, die mit einer konvexen Oberfläche (56) der Steuerstange (8) in Eingriff steht.

6. Kraftstoffeinspritzer nach Anspruch 5,

wobei eine Druckfeder (46) zwischen der Platte (47) und einer Schulter (45) einer Niederdruckkammer (44) vorgesehen ist, die von dem axialen Hohlraum (7) gebildet ist, um den Kraftstoffdruck beim Schließen der Düse (10, 11) zu unterstützen,

dadurch gekennzeichnet,

daß der kegelstumpfförmige Bereich (53) zum Führen und Zentrieren der Druckfeder (46) innerhalb der Niederdruckkammer (44) dient, um zu verhindern, daß die Druckfeder (46) gegen die Wände der Niederdruckkammer (44) gleitet.

7. Kraftstoffeinspritzer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (47) in Bezug auf die Höhe (h) in verschiedenen Klassen ausgebildet ist; wobei eine Platte (47) in einer der Klassen so gewählt ist, daß sie zwischen die Steuerstange (8) und die Nadel (19) paßt, um somit die Bewegung der Nadel (19) einzustellen, damit diese an das erforderliche Öffnen der Düse (10, 11) angepaßt ist.

8. Verfahren zum Einstellen der Bewegung eines Kraftstoffeinspritzerverschlusses, wobei der Verschluß die Form einer Nadel (19) aufweist, die sich zum Öffnen und Schließen einer Düse (10, 11) axial bewegt und die mit einer axial verschiebbaren Steuerstange (8) koaxial mit der Nadel (19) mittels einer im wesentlichen zylindrischen Platte (47) gesteuert wird; wobei die Steuerstange (8) und die Platte (47) in einem axialen Hohlraum (7) eines Hohlkörpers (6) untergebracht sind, der eine Hülse (30) zum präzise-passenden Führen eines Endbereiches (31) der Steuerstange (8) sowie einen koaxialen Sitz (51) zum Führen der Platte (47) aufweist, wobei die Hülse (30) eine Steuerkammer (32) bildet, die von einer Abschlußoberfläche (33) des Endbereiches gebildet ist; wobei ein elektromagnetisches Dosierventil einen Elektromagneten (26) aufweist, der einen Anker (27) steuert, so daß dann, wenn der Elektromagnet (26) erregt wird, der Kraftstoff aus der Steuerkammer (32) abgelassen wird und der Kraftstoffdruck in einer Einspritzkammer (18) bewirkt, daß die Nadel (19) die Düse (10, 11) öffnet, und wenn der Elektromagnet (26) aberregt wird, die Steuerkammer (32) geschlossen wird, um zu bewirken, daß der Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerkammer (32) auf die Abschlußoberfläche (33) wirkt, so daß die Nadel (19) gehalten wird, um die Düse (10, 11) zu schließen;

gekennzeichnet durch

das Vorsehen der Platte (47) in unterschiedlichen modularen Klassen bezüglich der Höhe (h), und

durch Auswählen der Klasse der Platte (47), die in jedem Fall zwischen die Steuerstange (8) und die Nadel (19) einzupassen ist, derart, daß die Höhe (h) der ausgewählten Platte (47) der erforderlichen Bewegung der Nadel (19) entspricht, damit eine Anpassung an das erforderliche Öffnen der Düse (10, 11) erfolgt.