EP0204722B1 - Einrichtung zum einspritzen von kraftstoff in brennräume von brennkraftmaschinen - Google Patents
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- F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
- F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift
Definitions
- the invention relates to a device for injecting fuel according to the preamble of the main claim.
- the closing spring element consists of two axially one behind the other, which are supported on each other Coil springs are formed, the upstream of which consists of a material with temperature-dependent properties and is surrounded by a heating winding embedded in the valve housing, which is located in a circuit which is controlled depending on the position of the accelerator pedal of the machine.
- This design is relatively complex, difficult to tune and requires an enlarged outer diameter of the injection nozzle in the area of the heating coil, which makes the attempt to be as slim as possible due to the cramped installation conditions on the engine.
- the prior art also includes injection nozzles (DE-A 1 576 570), which have an elongated tension wire as the closing spring element and are therefore suitable for machines with particularly narrow installation conditions on the engine. Furthermore, with this configuration of the closing spring element, a high natural frequency of the oscillatory system formed from the valve closing element and closing spring element can be achieved. However, it is disadvantageous that the clamping force of the tension wire can only be adjusted, but cannot be changed during the operation of the machine.
- the arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the opening pressure of the injector or the course of the injection can be changed in an exactly controllable manner during operation without the outer dimension of the valve housing in the area of the power supply lines over the entire circumference must be enlarged.
- the opening pressure of the injection nozzle can be regulated if the injection nozzle is provided with a sensor which detects the opening pressure and, if appropriate, a sensor which detects the lifting of the valve closing member from the valve seat.
- This second sensor can be a switch which is formed by the valve closing element and the valve seat itself, which can advantageously serve at the same time for an evaluation circuit when the start of the spray or the duration of the spray.
- the course of the injection itself can be influenced or shaped by temporary intervention according to a specific law if the pretension of the stretched tension wire serving as a closing spring element can be changed by the current flow in an electromagnet and the electromagnet acts on the tension wire during its tightening movement in the closing direction.
- FIG. 1 shows the injection nozzle of the first embodiment in a longitudinal section with the circuits for the electrical functions of the device
- FIG. 2 shows a partial longitudinal section through the injection nozzle according to the second embodiment
- FIG. 3 shows a functional diagram of the injection nozzle according to FIG. 2.
- the injection nozzle according to FIG. 1 has a nozzle body 10 which is provided with a continuous longitudinal bore 12 which merges into an outwardly directed conical valve seat 14 on the combustion chamber side.
- a tension wire 16 which is fixedly connected to a conical valve closing member 18 and forms the closing spring.
- the tensioning wire 16 is fixedly connected to a larger-diameter bolt 20, which at the same time serves to support the housing and to make electrical contact with the tensioning wire 16.
- a support disk 22 made of electrically insulating material is provided for support, which in turn is supported on the upper end face of the nozzle body 10 via an intermediate disk 24.
- the bolt 20 preferably has a thickened head 26 with a spherically curved surface, which lies in a correspondingly shaped recess in the support disk 22.
- the nozzle body 10 is firmly and tightly connected to a nozzle holder 30, which is provided with a central bore 32 which merges into a threaded section on the inlet side, into which a connecting piece 34 for a fuel supply line is screwed.
- the bore 32 merges into a section with a larger diameter, which is surrounded by a flanged collar 36 of the nozzle holder 30 which grips the nozzle body 10.
- a chamber 38 filled with fuel is formed in the interior of the nozzle holder 30 and communicates with the longitudinal bore 12 leading to the valve seat 14 via openings (not designated) in the support plate 22 and the intermediate plate 24.
- the bolt 20 fastened to the tensioning wire 16 like the tensioning wire itself, consists of electrically conductive material and is contacted with a connecting pin 40 which is led out laterally from the chamber 38 in a pressure-tight manner.
- the housing of the injection nozzle consisting of the nozzle body 10, the nozzle holder 30 and the connecting piece 34 is provided with a second connecting pin 42. Both pins 40, 42 are surrounded by a protective capsule 44 which is on a lateral elevation 46 of the nozzle neck ters 30 is placed captive.
- a receptacle for a pressure sensor 48 is provided, which detects the fuel pressure in the chamber 38 and reports as an electrical signal to a controller 50.
- the controller 50 is connected to a circuit 52 of a current source 54, which leads over the tension wire 16 and the parts 14, 18 of the valve formed at the nozzle opening, which act as switches.
- the current flowing in the circuit 52 heats the tension wire 16, its pretensioning or closing force changing with the current strength.
- the controller 50 regulates the current intensity in accordance with the speed n and a parameter p e which signals the load on the machine, the actual value of the fuel pressure in the injection nozzle being continuously reported back to the controller 50.
- the control range is expediently chosen so that temperature influences of the nozzle body 10 and the fuel in the longitudinal bore 12 have as little effect as possible on the quality of the control.
- An evaluation circuit 56 for the signal pulses generated by the opening and closing of the valve 14, 18 at the nozzle opening is also suitably connected to the circuit 52. These signal pulses can be evaluated in order to determine the start of spraying or the spraying duration in the various operating states. Furthermore, the signal pulse produced when the valve is opened, in cooperation with the pressure sensor 48, is used to exactly determine the fuel opening pressure pö in devices in which the fuel pressure rises further after the valve is opened.
- a simple embodiment of the injection nozzle was chosen as the exemplary embodiment.
- the support disk 22 could also be supported on the nozzle body 10 by means of a correspondingly preloaded helical spring.
- the bolt 20 could also be connected to the tensioning wire 16 in an axially adjustable manner.
- the injection nozzle according to FIG. 2 has a nozzle body 60 with a central longitudinal bore 62 which, like the longitudinal bore 12 according to FIG. 1, merges into an outwardly directed conical valve seat on the combustion chamber side.
- a tensioning wire 64 extends through the longitudinal bore 62 and is connected to the valve closing member and forms its closing spring. At the other end, the tensioning wire 64 is firmly connected to a larger-diameter bolt 66, which is supported on a shoulder 72 of the nozzle body 60 via an armature disk 68 of an electromagnet 70.
- the shoulder 72 is formed at the transition from the longitudinal bore 62 into a larger bore 74 in an enlarged head part 76 of the nozzle body 60 which receives the electromagnet 70.
- the fuel is fed laterally via a connection piece 78 and a transverse bore 80 into the longitudinal bore 62 and through this to the valve seat and the ejection opening.
- the electromagnet 70 has a coil 82 which is connected to a control circuit via connection contacts 84, 86.
- the connection contacts 84, 86 are electrically insulated and pressure-tight through a disk 88 which is screwed into the head part 76.
- the disk 88 presses the housing of the electromagnet 70 against a shoulder 90 of the head part 76, these parts also being sealed pressure-tight to the outside by suitable means.
- the excited electromagnet 70 exerts a tightening force on the armature disk 68, which is transmitted to the tensioning wire 64 via the bolt 66 and, when the valve is closed, adds to the pre-tensioning force of the tensioning wire 64.
- the opening pressure p o of the injection nozzle can be changed in the desired sense or can be varied if the electromagnet 70 is designed accordingly.
- the electromagnet 70 receives a variable current pulse shortly after the start of the injection, as a result of which, depending on the length of the pulse, the injection is temporarily throttled until completely interrupted and only fully resumes after the magnetic disk 68 has dropped.
- FIG. 3 shows such an injection curve as a function of the injection quantity q over time t, 3 different curves illustrating the influence of the pulse length for the start of injection.
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Description
- Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Einrichtung dieser Gattung (Patent Abstracts of Japan, Band 8, Nr. 216 (M-329) (1653) 3.10.1984 und JP-A-59 101 575) ist das Schließfederelement aus zwei axial hintereinander angeordneten, sich aneinander abstützenden Schraubenfedern gebildet, von denen die stromaufliegende aus einem Material mit temperaturabhängigen Eigenschaften besteht und von einer in das Ventilgehäuse eingebetteten Heizwicklung umgeben ist, die in einem Stromkreis liegt, der abhängig von der Stellung des Gaspedals der Maschine gesteuert ist. Diese Ausführung ist verhältnismäßig aufwendig, schwer abstimmbar und bedingt im Bereich der Heizwicklung einen vergrößerten Außendurchmesser der Einspritzdüse, was dem Bestreben nach möglichst schlanker Bauform wegen der beengten Einbauverhältnisse am Motor zuwinder läuft.
- Zum Stand der Technik gehören ferner Einspritzdüsen (DE-A 1 576 570), die als Schließfederelement einen gestreckten Spanndraht haben und sich daher für Maschinen mit besonders beengten Einbauverhältnissen am Motor eignen. Ferner läßt sich mit dieser Ausbildung des Schließfederelements eine hohe Eigenfrequenz des aus Ventilschließglied und Schließfederelement gebildeten schwingungsfähigen Systems erzielen. Nachteilig ist jedoch, daß die Schließkraft des Spanndrahts nur einjustiert, aber nicht im Betrieb der Maschine verändert werden kann.
- Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß mit einfachen Mitteln der Öffnungsdruck der Einspritzdüse bzw. der Einspritzverlauf während des Betriebs exakt steuerbar verändert werden kann, ohne daß die Außenabmessung des Ventilgehäuses im Bereich der Stromzuführungen über den gesamten Umfang hinweg vergrößert werden muß. Darüber hinaus ergibt sich eine hohe Federsteifigkeit des Schließfederelements.
- Die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale bilden den Gegenstand des Hauptanspruchs in vorteilhafter Weise weiter.
- Der Öffnungsdruck der Einspritzdüse kann geregelt werden, wenn die Einspritzdüse mit einem den Öffnungsdruck erfassenden Sensor und gegebenenfalls einem das Abheben des Ventilschließglieds vom Ventilsitz erfassenden Sensor versehen ist. Dieser zweite Sensor kann ein Schalter sein, der durch das Ventilschließglied und den Ventilsitz selbst gebildet ist, welcher vorteilhaft gleichzeitig bei Spritzbeginn- bzw. Spritzdauergeber für eine Auswerteschaltung dienen kann.
- Der Einspritzverlauf selbst kann beeinflußt bzw. durch temporären Eingriff nach einem bestimmten Gesetz geformt werden, wenn die Vorspannung des als Schließfederelement dienenden gestreckten Spanndrahtes durch den Stromfluß in einem Elektromagneten veränderbar ist, und der Elektromagnet bei seiner Anzugsbewegung in Scließrichtung auf den Spanndraht einwirkt.
- Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die Einspritzdüse des ersten Ausführungsbeispiels im Längsschnitt mit den Stromkreisen für die elektrischen Funktionen der Einrichtung, Figur 2 einen TeilLängsschnitt durch die Einspritzdüse nach dem zweiten Ausführungsbeispiel und Figur 3 ein Funktions- schaubild der Einspritzdüse nach Figur 2.
- Die Einspritzdüse nach Figur 1 hat einen Düsenkörper 10, der mit einer durchgehenden Längsbohrung 12 versehen ist, welche brennraumseitig in einen nach außen gerichteten konischen Ventilsitz 14 übergeht. In der Längsbohrung 12 erstreckt sich ein Spanndraht 16, der mit einem kegeligen Ventilschließglied 18 fest verbunden ist und dessen Schließfeder bildet. Am anderen Ende ist der Spanndraht 16 mit einem im Durchmesser grösseren Bolzen 20 fest verbunden, welcher gleichzeitig zum gehäusefesten Abstützen und zum elektrischen Kontaktieren des Spanndrahts 16 dient. Zum Abstützen ist eine aus elektrisch isolierendem Material bestehende Stützscheibe 22 vorgesehen, welche sich ihrerseits über eine Zwischenscheibe 24 an der oberen Stirnseite des Düsenkörpers 10 abstützt. Der Bolzen 20 hat vorzugsweise einen verdickten Kopf 26 mit kugelig gewölbter Oberfläche, welcher in einer entsprechend geformten Vertiefung der Stützscheibe 22 liegt. Dadurch und durch die kegelige Ausbildung des Ventilsitzes 14 ist eine selbsttätige Zentrierung des Ventilschließgliedes 18 am Ventilsitz 14 erreicht.
- Der Düsenkörper 10 ist mit einem Düsenhalter 30 fest und dicht verbunden, welcher mit einer zentralen Bohrung 32 versehen ist, die eingangseitig in einen Gewindeabschnitt übergeht, in welchen ein Anschlußstutzen 34 für eine Kraftstoff-Zuleitung eingeschraubt ist. Ausgangsseitig geht die Bohrung 32 in einen im Durchmesser grösseren Abschnitt über, der von einem den Düsenkörper 10 erfassenden Bördelkragen 36 des Düsenhalters 30 umgeben ist. Durch diese Anordnung ist im Inneren des Düsenhalters 30 eine mit Kraftstoff gefüllte Kammer 38 gebildet, welche über nicht bezeichnete Durchbrüche in der Stützscheibe 22 und der Zwischenscheibe 24 mit der zum Ventilsitz 14 führenden Längsbohrung 12 in Verbindung steht.
- Der am Spanndraht 16 befestigte Bolzen 20 besteht wie der Spanndraht selbst aus elektrisch leitendem Material und ist mit einem Anschlußstift 40 kontaktiert, der druckdicht aus der Kammer 38 seitlich herausgeführt ist. Das aus dem Düsenkörper 10, dem Düsenhalter 30 und dem Anschlußstutzen 34 bestehende Gehäuse der Einspritzdüse ist mit einem zweiten Anschlußstift 42 versehen. Beide Anschlußstifte 40, 42 sind von einer Schutzkapsel 44 umgeben, die auf eine seitliche Erhöhung 46 des Düsenhalters 30 unverlierbar aufgesetzt ist. Am Düsenhalter 30 ist ferner um 90° zur Erhöhung 46 versetzt ein Aufnahmestutzen für einen Drucksensor 48 versehen, welcher den Kraftstoffdruck in der Kammer 38 erfaßt und als elektrisches Signal einem Regler 50 meldet.
- Der Regler 50 ist in einen Stromkreis 52 einer Stromquelle 54 eingeschaltet, welcher über den Spanndraht 16 und die als Schalter wirkende Teile 14, 18 des an der Düsenöffnung gebildeten Ventils führt. Der im Stromkreis 52 fließende Strom erwärmt den Spanndraht 16, wobei dessen Vorspann- bzw. Schließkraft sich mit der Stromstärke ändert. Der Regler 50 regelt die Stromstärke nach Maßgabe der Drehzahl n und eines die Belastung der Maschine signalisierenden Parameters pe, wobei der Istwert des Kraftstoffdruckes in der Einspritzdüse dem Regler 50 ständig zurückgemeldet wird. Der Regelbereich ist zweckmässig so gewählt, daß sich Temperatureinflüsse von Düsenkörper 10 und dem in der Längsbohrung 12 befindlichen Kraftstoff her möglichst wenig auf die Güte der Regelung auswirken.
- An den Stromkreis 52 ist ferner in geeigneter Weise eine Auswerteschaltung 56 für die durch das Öffnen und Schließen des Ventils 14, 18 an der Düsenöffnung erzeugten Signalimpulse angeschlossen. Diese Signalimpulse können zur Ermittlung des Spritzbeginns bzw. der Spritzdauer bei den verschiedenen Betriebszuständen ausgewertet werden. Ferner dient der beim Öffnen des Ventils hervorgerufene Signalimpuls im Zusammenwirken mit dem Drucksensor 48 zur exakten Feststellung des Kraftstoff- Öffnungsdruckes pö in Einrichtungen, bei denen der Kraftstoffdruck nach dem Öffnen des Ventils noch weiter ansteigt.
- Als Ausführungsbeispiel wurde eine einfache Ausführungsform der Einspritzdüse gewählt. Zur Vermeidung einer Beanspruchung des Spanndrahtes 16 über seine Elastizitätsgrenze hinaus könnte die Stützscheibe 22 auch über eine entsprechend vorgespannte Schraubenfeder am Düsenkörper 10 abgestützt sein. Ferner könnte der Bolzen 20 zum Zweck der Justierung der Schließkraft auch axial verstellbar mit dem Spanndraht 16 verbunden sein.
- Die Einspritzdüse nach Figur 2 hat einen Düsenkörper 60 mit einer zentralen Längsbohrung 62, die wie die Längsbohrung 12 nach Figur 1 brennraumseitig in einen nach außen gerichteten konischen Ventilsitz übergeht. Durch die Längsbohrung 62 erstreckt ein Spanndraht 64, der mit dem Ventilschließglied verbunden ist und dessen Schließfeder bildet. Am anderen Ende ist der Spanndraht 64 mit einem im Durchmesser grösseren Bolzen 66 fest verbunden, welcher sich über eine Ankerscheibe 68 eines Elektromagneten 70 an einer Schulter 72 des Düsenkörpers 60 abstützt. Die Schulter 72 ist am Übergang der Längsbohrung 62 in eine im Durchmesser grössere Bohrung 74 in einem erweiterten Kopfteil 76 des Düsenkörpers 60 gebildet, der den Elektromagneten 70 aufnimmt. Der Kraftstoff wird seitlich über einen Ansclußstutzen 78 und eine Querbohrung 80 in die Längsbohrung 62 und durch diese zum Ventilsitz und zur Ausspritzöffnung geführt.
- Der Elektromagnet 70 hat eine Spule 82, die über Anschlußkontakte 84, 86 mit einem Steuerstromkreis verbunden ist. Die Anschlußkontakte 84, 86 sind elektrisch isoliert und druckdicht durch eine Scheibe 88 hindurchgeführt, die in den Kopfteil 76 eingeschraubt ist. Die Scheibe 88 preßt das Gehäuse des Elektromagneten 70 gegen eine Schulter 90 des Kopfteils 76, wobei auch diese Teile durch geeignete Mittel druckfest nach außen abgedichtet sind.
- Der erregte Elektromagnet 70 übt auf die Ankerscheibe 68 eine Anzugskraft aus, welche über den Bolzen 66 auf den Spanndraht 64 übertragen wird und bei geschlossenem Ventil sich zu der Vorspannkraft des Spanndrahtes 64 addiert. Dadurch kann der Öffnungsdruck pö der Einspritzdüse im gewünschten Sinn verändert oder bei entsprechender Auslegung des Elektromagneten 70 variiert werden.
- Mit der Anordnung nach Figur 2 ist es jedoch auch möglich, den Einspritzverlauf als solchen zu formen, insbesondere um eine definierte Voreinspritzphase zu erhalten. Zu diesem Zweck erhält der Elektromagnet 70 jeweils kurz nach Beginn der Einspritzung einen variierbaren Stromimpuls, wodurch abhängig von der Länge des Impulses die Einspritzung vorübergehend gedrosselt bis gänzlich unterbrochen wird und erst nach Abfall der Magnetscheibe 68 wieder voll einsetzt. In Figur 3 ist ein solcher Einspritzverlauf als Funktion der Einspritzmenge q über der Zeit t dargestellt, wobei für den Einspritzbeginn 3 verschiedene Kurven den Einfluß der Impulslänge veranschaulichen.
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