EP0028288B1 - Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0028288B1
EP0028288B1 EP80104128A EP80104128A EP0028288B1 EP 0028288 B1 EP0028288 B1 EP 0028288B1 EP 80104128 A EP80104128 A EP 80104128A EP 80104128 A EP80104128 A EP 80104128A EP 0028288 B1 EP0028288 B1 EP 0028288B1
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nozzle
pressure
valve slide
inflow line
fuel
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Odon Dipl.-Ing. Kopse
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/44—Valves, e.g. injectors, with valve bodies arranged side-by-side
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086—Having more than one injection-valve controlling discharge orifices

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • the actuator which is movable by an external force, is designed as a rotatably mounted cam disk, which acts mechanically on the nozzle needle via tappets and blocks one of the nozzle needles in the closed position in the end positions.
  • the stroke of the nozzle needles is limited in the intermediate positions of the cam disk, which is not desirable in all cases.
  • the known mechanical solution is subject to a large number of tolerances, so that an increased production outlay is necessary if the cam disk is also to be adjustable into an exactly defined intermediate position.
  • the fuel is conveyed from the injection pump to the two pressure spaces in the injection nozzle via two separate pressure lines.
  • the actuator for controlling the two pressure lines is arranged in the injection pump and is designed as a rotary slide valve which is displaceably but non-rotatably coupled to the pump piston. This design is complex because of the two pressure lines and also does not provide an intermediate position of the actuator designed as a rotary slide valve, in which both pressure chambers of the nozzle needles are connected to the pump pressure chamber without throttling.
  • the fuel injection nozzle according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage over a known injection nozzle of the generic type that an exact, fast closing of the nozzle needles is ensured by the pressure relief of the pressure chambers practically simultaneously with the blocking. It is also advantageous that the actuator designed as a valve slide can be assigned a defined intermediate position, so that the actuator can unthrottled connect the two pressure spaces to the fuel supply line in one of its three defined positions, both nozzle needles being able to carry out their full stroke.
  • a short design of the injection nozzle results if the axis of the valve slide is arranged perpendicular to the axes of the nozzle needles and a connection for the inflow line.
  • FIG. 1 shows a fuel injection nozzle with the usual structure of nozzle holder 1, intermediate plate 2, nozzle body 3, union nut 4 and nozzle needles 5.
  • the nozzle needles 5 are loaded via spring plates 6 by closing springs 7.
  • the space 8 accommodating the spring 7 is relieved of pressure via a channel 9.
  • the invention relates to an injection nozzle with two nozzle needles 5 and correspondingly two closing springs 7, but only one spring space 8.
  • pressure spaces 11 are provided in the area of the pressure shoulder 10 of the nozzle needle, which have inflow channels 12 and 13 in the nozzle holder 1 are connected, which can be connected via a slide valve 14 to an inflow line 15, via which the fuel under high pressure is fed to the injection nozzle.
  • the upper part of the nozzle holder 1 is drawn rotated by 90 ° with respect to the lower part, in order to be able to show the pressure chambers 11 in the nozzle body 3 or the closing springs 7 in section and the inflow channels 12 and 13.
  • the slide valve 14 works with a slide 16 which is displaceable against the force of a return spring 17 by pressure fluid located in a space 18.
  • the pressure fluid is controlled depending on the engine parameters by means not shown, for example a solenoid valve, and supplied to the space 18 via a nipple 19.
  • the slide 16 is displaced more or less against the spring 17 and thereby creates various connections between the inflow line 15 and the inflow channels 12 and 13.
  • the reference numbers of the parts corresponding to the first exemplary embodiment are provided with two dashes as an index.
  • the two nozzle needles are arranged coaxially with one another, one nozzle needle 31 being received by a hollow needle 32.
  • the nozzle needle 31 has a pressure space 33 arranged between the needles
  • the hollow needle 32 has a pressure space 34 arranged between the hollow needle and the nozzle body 3 ".
  • the pressure space 34 is connected directly to the inlet channel 12", it serves as a connection between the inlet channel 13 "and the pressure chamber 33 has an annular groove 35 ′′ arranged in the nozzle body 3 ′′ and radial bores 36 arranged in the hollow needle 32, which connect the ring groove 35 to the pressure chamber 33.
  • the compression springs acting on the nozzle needles 31 and 32 are connected in parallel as in the first embodiment.
  • the closing spring 37 of the hollow needle 32 has a much larger diameter than the closing spring 38 of the inner needle 31, since the surface acting on the hollow needle 32 in the opening direction, which is acted upon by the supplied fuel, is, by design, considerably larger than that on the inner needle 31.
  • the pressure chambers 33 and 34 or the inflow channels 12 ′′ and 13 ′′ are hydraulically completely separated from one another.
  • the slide valve 14 "works in principle like the valve shown in the first exemplary embodiment. In contrast to this, however, it is arranged coaxially to the injector axis, since the fuel pressure connection is connected to the fuel supply line 15" transversely to the nozzle axis. In addition to the advantage of the small diameter of this exemplary embodiment, fewer channels are required for the leakage drainage, since the space 25 "receiving the spring 17" of the slide 16 "is connected directly to the spring space 8" via a bore 39. In contrast to the first exemplary embodiment, after a first stroke has been covered, the slide 16 "encounters a stop 42 loaded by a spring 41. Only when the pressure in the chamber 18" increases further (force) is the force of the spring 41 overcome and the slide 16 "now counteracts the force of both springs 17 "and 41 shifted into its end position.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoff- Einspritzdüse nach der Gattung des Hauptanspruches. Bei bekannten Einspritzdüsen dieser Gattung (DE-B-2121 121) ist das durch eine äussere Krafteinwirkung bewegliche Stellglied als drehbar gelagerte Nockenscheibe ausgebildet, welche über Stössel mechanisch auf die Düsennadel einwirkt und in den Endstellungen jeweils eine der Düsennadeln in der Schliessstellung blockiert. Bei dieser Anordnung ist eine Entlastung des Druckraumes der jeweils blockierten Düsennadel nicht möglich. In den Zwischenstellungen der Nockenscheibe ist der Hub der Düsennadeln begrenzt, was nicht in allen Fällen erwünscht ist. Ausserdem ist die bekannte mechanische Lösung mit einer Vielzahl von Toleranzen behaftet, so dass ein erhöhter Fertigungsaufwand notwendig ist, wenn die Nockenscheibe auch in eine exakt definierte Zwischenstellung verstellbar sein soll.
  • Bei einer anderen bekannten Ausführung einer Einspritzdüse mit zwei Düsennadeln (DE-A-2 656 276) wird der Kraftstoff über zwei getrennte Druckleitungen von der Einspritzpumpe zu den beiden Druckräumen in der Einspritzdüse gefördert. Das Stellglied zur Steuerung der beiden Druckleitungen ist in der Einspritzpumpe angeordnet und als Drehschieber ausgebildet, welcher verschiebbar, jedoch unverdrehbar mit den Pumpenkolben gekoppelt ist. Diese Ausführung ist wegen der beiden Druckleitungen aufwendig und sieht ebenfalls keine Zwischenstellung des als Drehschieber ausgebildeten Stellgliedes vor, bei welcher beide Druckräume der Düsennadeln ungedrosselt mit dem Pumpendruckraum verbunden sind.
  • Ferner sind beispielsweise aus den Deutschen Normen DIN 24300, März 1966, Blatt 3, Nr. 1.1.2., sogenannte 3/2-Wegeventile bekannt, die in einer ersten Schaltstellung einen Zulauf sperren und einen Rücklauf öffnen und in einer zweiten Schaltstellung den Rücklauf sperren und den Zulauf öffnen.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemässe Kraftstoff-Einspritzdüse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber einer bekannten Einspritzdüse der gattungsmässigen Art den Vorteil, dass durch die praktisch gleichzeitig mit der Sperrung erfolgende Druckentlastung der Druckräume ein exaktes, schnelles Schliessen der Düsennadeln sichergestellt ist. Ferner ist vorteilhaft, dass dem als Ventilschieber ausgebildeten Stellglied eine definierte Zwischenstellung zugeordnet werden kann, so dass das Stellglied in einer seiner drei definierten Stellungen beide Druckräume ungedrosselt mit der Zuflussleitung des Kraftstoffs verbinden kann, wobei beide Düsennadeln ihren vollen Hub ausführen können. Eine kurz bauende Ausführung der Einspritzdüse ergibt sich, wenn die Achse des Ventilschiebers senkrecht zu den Achsen der Düsennadeln und eines Anschlusses für die Zuflussleitung angeordnet ist.
    • Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 das erste Ausführungsbeispiel, Figur 2 eine Variante des Beispiels nach Figur 1 und Figur 3, 4 und 5 das zweite Ausführungsbeispiel. Beschreibung der Erfindungsbeispiele
  • In Figur 1 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse mit dem üblichen Aufbau Düsenhalter 1, Zwischenplatte 2, Düsenkörper 3, Überwurfmutter 4 und Düsennadeln 5 dargestellt. Die Düsennadeln 5 sind über Federteller 6 durch Schliessfedern 7 belastet. Der die Feder 7 aufnehmende Raum 8 ist über einen Kanal 9 druckentlastet. Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse mit zwei Düsennadeln 5 und entsprechend zwei Schliessfedern 7, jedoch nur einem Federraum 8. Zwischen den Düsennadein 5 und dem Düsenkörper 3 sind im Bereich der Druckschulter 10 der Düsennadel Druckräume 11 vorgesehen, die mit Zuflusskanälen 12 und 13 im Düsenhalter 1 verbunden sind, welche über ein Schiebeventil 14 mit einer Zuflussleitung 15 verbindbar sind, über welche der unter hohem Druck stehende Kraftstoff der Einspritzdüse zugeführt wird.
  • In Figur 1 ist der obere Teil des Düsenhalters 1 gegenüber dem unteren Teil um 90° verdreht gezeichnet, um dadurch jeweils einmal die Druckräume 11 im Düsenkörper 3 bzw. die Schliessfedern 7 im Schnitt zeigen zu können und zum anderen im oberen Teil die Zuflusskanäle 12 und 13. Das Schieberventil 14 arbeitet mit einem Schieber 16, der entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 17 durch in einem Raum 18 befindliche Druckflüssigkeit verschiebbar ist. Die Druckflüssigkeit wird durch nicht dargestellte Mittel, beispielsweise ein Magnetventil, motorkenngrössenabhängig gesteuert und über einen Nippel 19 dem Raum 18 zugeführt. Je nach Druck dieser Druckflüssigkeit wird der Schieber 16 mehr oder weniger gegen die Feder 17 verschoben und stellt dabei verschiedene Verbindungen zwischen der Zuflussleitung 15 und den Zuflusskanälen 12 und 13 her. In der dargestellten Schaltstellung besteht eine Verbindung von der Leitung 15 zum Kanal 12. Der Kraftstoff strömt dabei entlang einer Ringnut 20 des Schiebers 16 in der den Schieber 16 aufnehmenden Bohrung 21, von einer mit der Zuflussleitung 15 verbundenen Ringnut 22 dieser Bohrung 21 zu einer mit dem Zuflusskanal 12 verbundenen Ringnut 23. In dem Schieber 16 ist ein Entlastungskanal 24 angeordnet, der in der dargestellten Stellung den Zuflusskanal 13 mit dem die Feder 17 aufnehmenden druckentlasteten Raum 25 verbindet. In diesen Raum 25 mündet auch die Entlastungsleitung 9 des Federraums 8. Der Raum 25 ist durch einen Anschlussnippel 26 mit einer nicht dargestellten Leckleitung verbunden.
  • Sobald aufgrund steigenden Druckes im Druckraum 18 der Schieber 16 nach rechts entgegen der Kraft der Feder 17 verschoben wird, werden die Ringnuten 22 und 23 über die Ringnut 20 mit einer Ringnut 27 verbunden, von der der Zuflusskanal 13 abzweigt. Nach Zurücklegung dieses Weges ist der Entlastungskanal 24 von der Ringnut 27 getrennt. Diese Verbindung entsteht in einer Zwischenstellung des Schiebers 16 und setzt voraus, dass die Ringnut 20 länger ist als der Abstand von Ringnut 23 zu Ringnut 27. In dieser Stellung werden beide Druckräume 11 mit Kraftstoff versorgt, wenn dieses so gewünscht ist und wenn eine Druckstufe, wie in Figur 3 dargestellt, vorgesehen wird. Bei dem dargestellten Beispiel überläuft der Schieber 16 diese Stellung, bis er an den hier als Anschlag dienenden Nippel 26 verschoben wird. In dieser Endstellung ist die Ringnut 20 von der Ringnut 23 getrennt, so dass lediglich noch die Verbindung der Ringnut 22 zur Ringnut 27 hin besteht. Der Kraftstoff gelangt also nur noch in den Zuflusskanal 13. Der Zuflusskanal 12 ist gesperrt und in dieser Stellung durch den Entlastungskanal 24 im Schieber 16 druckentlastet.
  • Bei manchen Brennkraftmaschinen steht zur Aufnahme der Kraftstoffeinspritzdüse nur ein geringer Raum, also nur eine Bohrung geringen Durchmessers zur Verfügung. Bei der Verwendung von Kraftstoffeinspritzdüsen mit zwei parallel angeordneten Düsennadeln ist man deshalb darauf angewiesen, diese, wie in Figur 2 dargestellt, möglichst dicht nebeneinander anzuordnen. Der geringstmögliche Abstand wird jedoch bei parallel angeordneten Schliessfedern durch den Durchmesser dieser Federn bestimmt, der nicht in der erforderlichen Weise verringert werden kann. Bei der in Figur 2 dargestellten Variante des ersten Ausführungsbeispiels, bei der die entsprechenden Bezugszahlen lediglich mit einem Indexstrich versehen werden, ist die eine Feder 7' gegenüber der anderen zurückgesetzt, so dass neben der verbliebenen Feder 7'-lediglich eine verlängerte Druckstange 29 der einen Düsennadel 5' verläuft. Der Federraum 8' ist dadurch stufenförmig ausgebildet.
  • Bei dem in den Figuren 3 bis 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind die Bezugszahlen der dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Teile mit zwei Strichen als Index versehen. Wie in Figur 3 dargestellt, sind bei diesem Ausführungsbeispiel die beiden Düsennadeln koaxial zueinander angeordnet, wobei die eine Düsennadel 31 von einer Hohlnadel 32 aufgenommen wird. Die Düsennadel 31 hat einen zwischen den Nadeln angeordneten Druckraum 33, die Hohlnadel 32 weist einen zwischen Hohlnadel und Düsenkörper 3" angeordneten Druckraum 34 auf. Während der Druckraum 34 unmittelbar mit dem Zulaufkanal 12" verbunden ist, dient als Verbindung zwischen dem Zuflusskanal 13" und dem Druckraum 33 eine im Düsenkörper 3" angeordnete Ringnut 35 und in der Hohlnadel 32 angeordnete Radialbohrungen 36, die die Ringnut 35 mit dem Druckraum 33 verbinden. Die auf die Düsennadeln 31 und 32 wirkenden Druckfedern sind wie beim ersten Ausführungsbeispiel parallel geschaltet. Die Schliessfeder 37 der Hohlnadel 32 weist einen wesentlich grösseren Durchmesser auf als die Schliessfeder 38 der Innennadel 31, da die vom zugeführten Kraftstoff beaufschlagte in Öffnungsrichtung wirkende Fläche an der Hohlnadel 32 konstruktionsbedingt wesentlich grösser als die an der Innennadel 31 ist. Die Druckräume 33 und 34 bzw. die Zuflusskanäle 12" und 13" sind hydraulisch völlig voneinander getrennt. Das Schieberventil 14" arbeitet im Prinzip wie das im ersten Ausführungsbeispiel dargestellte Ventil. Im Gegensatz zu diesem ist es jedoch koaxial zur Einspritzdüsenachse angeordnet, da der Kraftstoffdruckanschluss mit der Kraftstoffzufiussleitung 15" quer zur Düsenachse angeschlossen ist. Ausser dem Vorteil des geringen Durchmessers dieses Ausführungsbeispiels sind für die Leckabführung auch weniger Kanäle erforderlich, da der die Feder 17" des Schiebers 16" aufnehmende Raum 25" über eine Bohrung 39 unmittelbar mit dem Federraum 8" verbunden ist. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel stösst der Schieber 16" nach Zurücklegung eines ersten Hubes auf einen durch eine Feder 41 belasteten Anschlag 42. Erst bei weiterem Druckanstieg (Druckstufe) im Raum 18" wird die Kraft der Feder 41 überwunden und der Schieber 16" nun gegen die Kraft beider Federn 17" und 41 in seine Endlage verschoben.
  • in der in der Figur 3 dargestellten Ausgangslage des Schiebers 16" verbindet dieser über die Ringnut 20" die Zuflussleitung 15" mit dem Zuflusskanal 13". Sobald dann der Schieber 16" entgegen der Feder 17" nach unten geschoben wird, besteht nach Zurücklegung des Weges bis an den Anschlag 42 eine Verbindung zwischen der Leitung 15" und dem Kanal 12", so dass Kraftstoff nur über die Hohlnadel 32 eingespritzt werden kann. Der Kanal 13" ist von der Leitung 15" dann getrennt, wie es in Figur 4 dargestellt ist. In Figur 5 ist dann der Schieber 16" in seiner Endstellung gezeigt nach Überwindung der Kraft der Feder 41, in der die Leitung 15" mit beiden Kanälen 12" und 13" verbunden ist. Die Verbindung zum Kanal 13" erfolgt dabei durch eine im Schieber 16" verlaufende Bohrung 43. Hierdurch ist es möglich, im folgenden Umsteuerreihenfolge erst einen der Kanäle dann alternativ den anderen Kanal und erst danach beide gleichzeitig aufzusteuern.

Claims (3)

1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit zwei in Längsrichtung des Düsenkörpers (3) angeordneten, je mindestens ein Spritzloch steuernden Düsennadeln (5), welche je mit einer in einem Druckraum (11) angeordneten Druckschulter (10) versehen sind, an welchen der über eine gemeinsame Zuflussleitung (15) zugeführte Kraftstoff eine die Düsennadel in Öffnungsrichtung verschiebende Kraft hervorruft, und ferner mit einem durch äussere Krafteinwirkung in eine erste und eine zweite Stellung beweglichen Stellglied (16), welches in der ersten Stellung das Ausspritzen von Kraftstoff durch das der einen Düsennadel (5) zugeordnete Spritzloch und in der zweiten Stellung das Ausspritzen von Kraftstoff durch das der anderen Düsennadel (5) zugeordnete Spritzloch verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (16) in an sich bekannter Weise als Ventilschieber ausgebildet ist und beiden Düsennadeln (5) eigene Druckräume (11) zugeordnet sind, welche je über einen gesonderten Kanal (12, 13) mit einer den Ventilschieber (16) aufnehmenden Steuerbohrung (21) verbunden sind, in die auch die einzige Zuflussleitung (15) einmündet, und dass der Ventilschieber (16) jeweils den gegenüber der Zuflussleitung (15) gesperrten Kanal (12 bzw. 13) zur Druckentlastung des zugeordneten Druckraums (11) mit einem Raum (8, 25) niederen Druckes verbindet.
2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (16") nach Zurücklegen eines ersten Teilhubes in einer definierten Zwischenstellung auf einen Anschlag (42) stösst, der durch eine Feder (41) belastet ist, die erst nach Ansteigen des hydraulischen Druckes um einen vorgegebenen Wert (Druckstufe) nachgibt, und dass der Ventilschieber (16") in einer seiner drei definierten Stellungen die Zuflussleitung (15) mit beiden Kanälen (12", 13") verbindet.
3. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Ventilschiebers (16) senkrecht zu den Achsen der Düsennadeln (5) und eines Anschlusses für die Zuflussleitung (15) angeordnet ist.
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