EP0300198A1 - Fuel injection nozzle for internal-combustion engines - Google Patents
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- F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements
Definitions
- the invention relates to a fuel injector for internal combustion engines according to the preamble of the main claim.
- Injection nozzles of this type have the advantage that the absence of a residual air gap means that a more pronounced signal can be achieved than in those designs in which a residual air gap caused by manufacturing tolerances must be accepted due to the lack of an elastic spring element. It is particularly advantageous that the initial air gap can already be kept very small, so that the armature strikes the magnetic core when the valve needle has, for example, only completed a quarter or an eighth of its total opening stroke. This ensures that the signaling that is compressed for the shortest possible time actually takes place at the beginning of the opening stroke and at the end of the closing stroke of the valve needle.
- the spring element which is elastically compressible in the nozzle axis direction acts on the displaceably mounted magnetic core and is accommodated in a chamber of the nozzle holder, which is between the induction coil and the connection-side end face of the Nozzle holder is arranged.
- the above-described advantage of improved signaling is bought by an increased space requirement in the axial direction of the injection nozzle, which is particularly important when the electrical connection contacts of the induction coil are also arranged axially and the signal lines leading there are guided in approximately the same direction out of the nozzle holder should be.
- the arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that a space between the induction coil and the connection-side end face of the nozzle holder is not required for the elastically compressible spring element, so that the nozzle holder is either dimensioned shorter in the axial direction or the space not required can be used to accommodate the connection elements of the induction coil.
- FIG. 1 shows a longitudinal section through the exemplary embodiment
- FIG. 2 shows an enlarged variant of the injection nozzle according to FIG. 1.
- the injection nozzle has a nozzle holder 10, against which an intermediate plate 11 and a nozzle body 12 are clamped by a union nut 13.
- a guide bore 14 for receiving a valve needle 15 and a valve seat 16 are formed, which cooperates with a sealing cone 17 on the valve needle 15.
- a needle shaft 18 Connected to the sealing cone 17 is a needle shaft 18, which is larger in diameter and slides in the guide bore 14, and a pressure pin 19.
- On the pressure pin 19 sits a pressure piece 20, which engages around the pressure pin 19 with the required movement play with a ring collar pointing downward.
- the annular shoulder 21 formed between the needle shaft 18 and the pressure pin 19 on the valve needle 15 is removed from the intermediate plate 11 by the dimension h when the valve needle 15 is seated on the valve seat 16, which corresponds to the total stroke of the valve needle 15 delimited by the intermediate plate 11.
- an open end space 22 with a shoulder 23 and a smaller diameter blind bore 24 are recessed.
- An induction coil 26 provided with a magnetically conductive housing 25, a plate 27 and a closing spring 28 for the valve needle 15 are inserted into the spring chamber 22.
- the closing spring 28 engages on the pressure piece 20 and is supported on the shoulder 23 of the nozzle holder 10 via the plate 27, the housing 25 and an annular flange 29 of a magnetic core 30 passing through the induction coil 26.
- the induction coil 26 is simultaneously held securely on the shoulder 23 and the plate 27 pressed against the open end edge of the housing 25.
- the housing 25 and the magnetic core 30 together with the ring flange 29 are made of soft iron and form sections of a magnetic circuit which also leads via an armature 32 also made of soft iron and an air gap formed between the latter and the magnetic core 30 in the closed position of the valve needle 15.
- the armature 32 is guided in an exactly displaceable manner in the housing 25 and is coupled to the valve needle 15 via a driving pin 33 which is firmly connected to the pressure piece 20. With its upper front end, the driving pin 33 provided there with an annular collar 34 plunges into a chamber 35 of the armature 32, the inlet opening of which is provided with a collar 36 which engages under the annular collar 34.
- a helical compression spring 38 is arranged, which is supported on the pressure piece 20 and acts on the collar 36 of the armature 32. In the closed position of the valve needle 15, the helical compression spring 38 presses the collar 36 against the annular collar 34 of the driver bolt 33.
- the initial air gap between the armature 32 and the magnetic core 33 is dimensioned much smaller than the opening stroke of the valve needle 15.
- the depth of the chamber 35 in the armature 32 is dimensioned such that the axial play of the collar 34 in the chamber 32 is greater than the difference between the Opening stroke of the valve needle 15 and the initial air gap between armature 32 and magnetic core 30 is.
- the fuel supplied passes through bores 40 and 41 in the nozzle holder 10 into an end annular groove 42 of the intermediate plate 11 and from there further via a bore 43 in the intermediate plate 11, an annular groove 44 and a bore 45 in the nozzle body 12 into a pressure chamber 46, which the Valve needle 15 in the region of a pressure shoulder 47 gives. From the pressure chamber 46, the fuel passes through the valve 16, 17 into a spray opening 48 and from there into the combustion chamber of the engine.
- the amount of leakage oil reaching the spring chamber 22 via the guide gap of the valve needle 15 can be discharged via a leakage oil channel, not shown in the drawing, into a connection stub, likewise not visible, for an external leakage oil line.
- the induction coil 26 is connected via connecting means 49 and a connecting cable 50 to a direct current source and a device for evaluating the voltages induced in operation in the induction coil and superimposed on an applied direct voltage.
- a direct current source and a device for evaluating the voltages induced in operation in the induction coil and superimposed on an applied direct voltage.
- the initial air gap is shortened to the value 0, so that there is a clearly pronounced sudden change in the magnetic flux and the resulting voltage at exactly the right time.
- collar 34 moves upward in chamber 35 of armature 32, helical compression spring 38 being correspondingly axially compressed.
- the armature 32 initially remains in contact with the magnetic core 30 by means of the helical compression spring 38 until the collar 34 is placed on the collar 36 and then pulls the armature 32 back into the starting position.
- the evaluation circuit is again supplied with a distinct signal.
- a spring element 52 which is elastically compressible in the nozzle axis direction is arranged in the chamber 35 of the armature 32, so that a helical compression spring surrounding the driving pin 33 is omitted.
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Einspritzdüsen dieser Gattung haben den Vorteil, daß durch das Fehlen eines Restluftspaltes ein deutlicher ausgeprägtes Signal erzielbar ist als bei jenen Ausführungen, bei denen wegen Fehlens eines elastischen Federelementes ein durch Fertigungstoleranzen bedingter Restluftspalt in Kauf genommen werden muß. Besonders vorteilhaft ist es, daß bereits der Anfangsluftspalt sehr klein gehalten werden kann, so daß der Anker schon dann an den Magnetkern anschlägt, wenn die Ventilnadel beispielsweise erst ein Viertel oder ein Achtel ihres gesamten Öffnungshubes zurückgelegt hat. Dadurch ist sichergestellt, daß die auf kürzeste Zeit zusammengedrängte Signalgabe tatsächlich am Anfang des Öffnungshubes und am Ende des Schließhubes der Ventilnadel erfolgt.The invention relates to a fuel injector for internal combustion engines according to the preamble of the main claim. Injection nozzles of this type have the advantage that the absence of a residual air gap means that a more pronounced signal can be achieved than in those designs in which a residual air gap caused by manufacturing tolerances must be accepted due to the lack of an elastic spring element. It is particularly advantageous that the initial air gap can already be kept very small, so that the armature strikes the magnetic core when the valve needle has, for example, only completed a quarter or an eighth of its total opening stroke. This ensures that the signaling that is compressed for the shortest possible time actually takes place at the beginning of the opening stroke and at the end of the closing stroke of the valve needle.
Bei einer bekannten Einspritzdüse der eingangs genannten Gattung (DE-A1 31 37 761) wirkt das in Düsenachsrichtung elastisch zusammendrückbare Federelement auf den verschiebbar gelagerten Magnetkern ein und ist in einer Kammer des Düsenhalters untergebracht, welche zwischen der Induktionsspule und dem anschlußseitigen Stirnende des Düsenhalters angeordnet ist. Bei dieser Ausführung wird der eingangs geschilderte Vorteil einer verbesserten Signalgabe durch einen erhöhten Platzbedarf in Achsrichtung der Einspritzdüse erkauft, was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn die elektrischen Anschlußkontakte der Induktionsspule ebenfalls axial angeordnet und die dahin führenden Signalleitungen annähernd in gleicher Richtung aus dem Düsenhalter herausgeführt sein sollen.In a known injection nozzle of the type mentioned (DE-A1 31 37 761), the spring element which is elastically compressible in the nozzle axis direction acts on the displaceably mounted magnetic core and is accommodated in a chamber of the nozzle holder, which is between the induction coil and the connection-side end face of the Nozzle holder is arranged. In this embodiment, the above-described advantage of improved signaling is bought by an increased space requirement in the axial direction of the injection nozzle, which is particularly important when the electrical connection contacts of the induction coil are also arranged axially and the signal lines leading there are guided in approximately the same direction out of the nozzle holder should be.
Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß für das elastisch zusammendrückbare Federelement ein zwischen der Induktionsspule und dem anschlußseitigen Stirnende des Düsenhalters liegender Raum nicht benötigt wird, so daß der Düsenhalter entweder in Achsrichtung kürzer bemessen oder der nicht benötigte Raum für die Unterbringung der Anschlußelemente der Induktionsspule genutzt werden kann. Durch den Wegfall einer starren Verbindung zwischen der Ventilnadel bzw. einem Druckstück und dem Anker ist ferner erreicht, daß das Führungsspiel des Ankers in einem Rückschlußteil des magnetischen Kreises der Induktionsspule kleiner als bisher bemessen werden kann, was sich ebenfalls positiv auf die Signalbildung auswirkt.The arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that a space between the induction coil and the connection-side end face of the nozzle holder is not required for the elastically compressible spring element, so that the nozzle holder is either dimensioned shorter in the axial direction or the space not required can be used to accommodate the connection elements of the induction coil. By eliminating a rigid connection between the valve needle or a pressure piece and the armature it is also achieved that the guide play of the armature in a back yoke part of the magnetic circuit of the induction coil can be dimensioned smaller than before, which also has a positive effect on the signal formation.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.Advantageous further developments of the arrangement according to the main claim are possible through the measures listed in the subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel und Figur 2 vergrößert eine Variante der Einspritzdüse nach Figur 1.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. It FIG. 1 shows a longitudinal section through the exemplary embodiment and FIG. 2 shows an enlarged variant of the injection nozzle according to FIG. 1.
Die Einspritzdüse nach dem Ausführungsbeispiel hat einen Düsenhalter 10, gegen den eine Zwischenplatte 11 und ein Düsenkörper 12 durch eine Überwurfmutter 13 gespannt sind. Im Düsenkörper 12 sind eine Führungsbohrung 14 zur Aufnahme einer Ventilnadel 15 und ein Ventilsitz 16 gebildet, der mit einem Dichtkegel 17 an der Ventilnadel 15 zusammenwirkt. An den Dichtkegel 17 schließt sich ein im Durchmesser größerer, in der Führungsbohrung 14 gleitender Nadelschaft 18 und ein Druckzapfen 19 an. Auf dem Druckzapfen 19 sitzt ein Druckstück 20 auf, welches mit einem nach unten weisenden Ringkragen den Druckzapfen 19 mit dem erforderlichen Bewegungsspiel umgreift. Die zwischen Nadelschaft 18 und Druckzapfen 19 an der Ventilnadel 15 gebildete Ringschulter 21 ist bei auf dem Ventilsitz 16 aufsitzender Ventilnadel 15 um das Maß h von der Zwischenplatte 11 entfernt, welches dem von der Zwischenplatte 11 begrenzten Gesamthub der Ventilnadel 15 entspricht.The injection nozzle according to the exemplary embodiment has a
Im Düsenhalter 10 sind ein stirnseitig offener Federraum 22 mit einer Schulter 23 und eine im Durchmesser kleinere Sackbohrung 24 ausgespart. In den Federraum 22 sind eine mit einem magnetisch leitenden Gehäuse 25 versehene Induktionsspule 26, eine Platte 27 und eine Schließfeder 28 für die Ventilnadel 15 eingesetzt. Die Schließfeder 28 greift am Druckstück 20 an und stützt sich über die Platte 27, das Gehäuse 25 und einen Ringflansch 29 eines die Induktionsspule 26 durchsetzenden Magnetkerns 30 an der Schulter 23 des Düsenhalters 10 ab. Dadurch wird gleichzeitig die Induktionsspule 26 schüttelsicher an der Schulter 23 festgehalten und die Platte 27 an den offenen Stirnrand des Gehäuses 25 angedrückt.In the
Das Gehäuse 25 und der Magnetkern 30 samt Ringflansch 29 bestehen aus Weicheisen und bilden Abschnitte eines magnetischen Kreises, welcher auch über einen ebenfalls aus Weicheisen bestehenden Anker 32 und einen zwischen diesem und dem Magnetkern 30 in Schließstellung der Ventilnadel 15 gebildeten Luftspalt führt. Der Anker 32 ist im Gehäuse 25 exakt verschiebbar geführt und mit der Ventilnadel 15 über einen Mitnehmerbolzen 33 gekoppelt, der fest mit dem Druckstück 20 verbunden ist. Mit seinem oberen Stirnende taucht der dort mit einem Ringbund 34 versehene Mitnehmerbolzen 33 in eine Kammer 35 des Ankers 32 ein, deren Eingangsöffnung mit einem den Ringbund 34 untergreifenden Kragen 36 versehen ist. In dem zwischen Mitnehmerbolzen 33 und Schließfeder 28 gebildeten Ringraum ist eine Schraubendruckfeder 38 angeordnet, die sich am Druckstück 20 abstützt und am Kragen 36 des Ankers 32 angreift. In Schließstellung der Ventilnadel 15 drückt die Schraubendruckfeder 38 den Kragen 36 an den Ringbund 34 des Mitnehmerbolzens 33 an.The housing 25 and the magnetic core 30 together with the
Der Anfangsluftspalt zwischen dem Anker 32 und dem Magnetkern 33 ist wesentlich kleiner bemessen als der Öffnungshub der Ventilnadel 15. Die Tiefe der Kammer 35 im Anker 32 ist so bemessen, daß das axiale Bewegungsspiel des Ringbundes 34 in der Kammer 32 größer als die Differenz zwischen dem Öffnungshub der Ventilnadel 15 und dem Anfangsluftspalt zwischen Anker 32 und Magnetkern 30 ist.The initial air gap between the armature 32 and the
Der zugeführte Kraftstoff gelangt über Bohrungen 40 und 41 im Düsenhalter 10 in eine stirnseitige Ringnut 42 der Zwischenplatte 11 und von dort weiter über eine Bohrung 43 in der Zwischenplatte 11, eine Ringnut 44 und eine Bohrung 45 im Düsenkörper 12 in einen Druckraum 46, welcher die Ventilnadel 15 im Bereich einer Druckschulter 47 um gibt. Vom Druckraum 46 gelangt der Kraftstoff durch das Ventil 16, 17 in eine Spritzöffnung 48 und von dort in die Brennkammer des Motors. Die über den Führungsspalt der Ventilnadel 15 in den Federraum 22 gelangende Leckölmenge kann über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Leckölkanal in einen ebenfalls nicht sichtbaren Anschlußstutzen für eine externe Leckölleitung abgeführt werden.The fuel supplied passes through bores 40 and 41 in the
Die Induktionsspule 26 ist über Anschlußmittel 49 und ein Anschlußkabel 50 an eine Gleichstromquelle und eine Einrichtung zur Auswertung der im Betrieb in der Induktionsspule induzierten und sich einer angelegten Gleichspannung überlagernden Spannungen angeschlossen. Unmittelbar nach Beginn des Öffnungshubes wird der Anfangsluftspalt auf den Wert 0 verkürzt, so daß sich genau zur richtigen Zeit eine deutlich ausgeprägte sprunghafte Änderung des magnetischen Flusses und der resultierenden Spannung ergibt. Beim weiteren Hub der Ventilnadel 15 verschiebt sich der Ringbund 34 in der Kammer 35 des Ankers 32 nach oben, wobei die Schraubendruckfeder 38 entsprechend axial zusammengedrückt wird. Beim Schließhub bleibt der Anker 32 durch die Schraubendruckfeder 38 zunächst am Magnetkern 30 angelegt, bis der Ringbund 34 auf den Kragen 36 aufsetzt und danach den Anker 32 schleppend in die Ausgangsstellung zurückzieht. Beim Abheben des Ankers 32 vom Magnetkern 30 wird der Auswerteschaltung wiederum ein deutlich ausgeprägtes Signal zugeführt.The
Bei der Variante nach Figur 2 ist ein in Düsenachsrichtung elastisch zusammendrückbares Federelement 52 in der Kammer 35 des Ankers 32 angeordnet, so daß eine den Mitnehmerbolzen 33 umgebende Schraubendruckfeder entfällt.In the variant according to FIG. 2, a
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