DE3137761C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von Kraftstoff-Einspritzdüsen für Brennkraft­ maschinen nach den Gattungen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2. Bei einer bekannten Einspritzdüse der Gattung nach Anspruch 1 (DD-PS- 1 43 807) ist die Induktionsspule am Ende eines sich innerhalb der Schließfeder erstreckenden zentralen Rohres befestigt und von dem Magnetfeld eines Permanentmagneten beeinflußt, der auf dem Druckbol­ zen sitzt, über den die Schließfeder auf die Ventilnadel einwirkt. In der Schließstellung der Ventilnadel ist die der Induktionsspule zuge­ kehrte obere Stirnseite des Permanentmagneten von der unteren Stirn­ seite der Induktionsspule um einen Weg entfernt, welcher etwas größer als der Gesamthub der Ventilnadel ist. Diese Anordnung hat den Nach­ teil, daß sich zu den interessierenden Zeitpunkten, nämlich am Beginn und am Ende der Ventilnadelbewegung, eine hohe prozentuale Magnetfeldänderung wegen des linearen Zusammenhanges zwischen dem Ab­ stand des Permanentmagneten von der Induktionsspule und dem Ventilna­ delhub nicht erreichen läßt.

Bei einer bekannten Einspritzdüse nach der Gattung des Anspruchs 2 (GB-PS 15 49 768) sind der mit der Ventilnadel bewegte Anker und ein spulenkern so ausgebildet, daß bereits in der Schließstellung der Ventilnadel der Spulenkern ein Stück weit mit Spiel in eine Stirnboh­ rung des Ankers eintaucht oder umgekehrt, wobei das Spiel und der freie Abstand zwischen der Stirnseite des eintauchenden Teils und dem Boden der Stirnbohrung im anderen Teil einen radialen und einen axia­ len Anfangsluftspalt in einem die Induktionsspule durchsetzenden mag­ netischen Kreis bilden. Auch bei dieser Anordnung lassen sich zu den vorrangig interessierenden Zeitpunkten ohne aufwendige Verstärker- Schaltungen ebenfalls nur verhältnismäßig schwache Signale erzeugen, weil sich auch hier der Luftspalt annähernd linear mit dem Hub der Ventilnadel ändert.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kraftstoff-Einspritzdüsen nach den Gattungen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2 so weiter zu bilden, daß sich bereits am Beginn des Ventilnadel-Öffnungshubes eine hohe prozentuale Magnetfeldänderung ergibt. Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale eines jeden der nebengeordneten Ansprü­ che 1 und 2 gelöst. Dadurch ist erreicht, daß bereits nach einem mi­ nimalen Teilhub der Ventilnadel der Luftspalt zwischen dem mit der Ventilnadel bewegten Anker und dem Spulenkern auf seine geringste Länge bzw. überhaupt auf den Wert 0 verkürzt und dadurch eine sprung­ hafte Magnetfeldänderung erzielt werden kann. Bei der Ausführung ge­ mäß dem Anspruch 1 läßt sich ein Anfangsluftspalt einstellen, der z.B. ein Viertel bis ein Achtel des gesamten Öffnungshubes der Ven­ tilnadel betragen kann, ohne daß die Hubbewegung der Ventilnadel be­ einträchtigt wird. Dadurch ist sichergestellt, daß die auf kürzeste Zeit zusammengedrängte Signalgabe tatsächlich am Anfang des Öffnungs­ hubes und auch am Ende des Schließhubes der Ventilnadel erfolgt.

Durch die in den Unteransprüchen 3 bis 6 enthaltenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Nebenanspruch 2 möglich.

Eine einfache Meßschaltung ergibt sich, wenn die Induktions­ spule an eine Gleichspannungsquelle anschließbar ist und die durch Änderung des Luftspaltes induzierte Spannung sich der angelegten Gleichspannung meßbar überlagert.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das erste und Fig. 2 das zweite Ausführungsbeispiel im Schnitt. In Fig. 3 ist eine Variante der Ausführung nach Fig. 2 dargestellt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Einspritzdüse nach Fig. 1 hat einen Düsenhalter 10, ge­ gen 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 Führungs­ bohrung 14 gleitender Nadelschaft 18 und ein Druckzapfen 19 an. Auf dem Druckzapfen 19 sitzt ein Druckstück 20 auf, wel­ ches mit einem nach unten weisenden Ringkragen den Druck­ zapfen 19 mit dem erforderlichen Bewegungsspiel umgreift.

Die zwischen Nadelschaft 18 und Druckzapfen 19 gebildete Ringschulter 21 an der Ventilnadel 15 ist bei auf dem Ven­ tilsitz 16 aufsitzender Ventilnadel 15 um das Maß h ₁ von der Zwischenplatte 11 entfernt, welches dem von der Zwi­ schenplatte 11 begrenzten Gesamthub der Ventilnadel 15 ent­ spricht.

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 versehene Induk­ tionsspule 25, eine aus Weicheisen bestehende Platte 26 und eine Schließfeder 27 für die Ventilnadel 15 einge­ setzt. Die Schließfeder 27 greift am Druckstück 20 an und stützt sich über die Platte 26 und das Gehäuse der Induk­ tionsspule 25 an der Schulter 23 des Düsenhalters 10 ab. Dadurch wird gleichzeitig die Induktionsspule 25 schüt­ telsicher an der Schulter 23 festgehalten und die Platte 26 spaltfrei an den offenen Stirnrand des Gehäuses der In­ duktionsspule 25 angelegt.

Das Gehäuse der Induktionsspule 25 besteht aus Weicheisen und führt mit geringem Bewegungsspiel einen ebenfalls aus magnetisierbarem Stoff bestehenden Kernbolzen 30, welcher ein Stück weit in die Innenbohrung der Induktionsspule 25 hineinragt. Der Kernbolzen 30 ist mit einem Ringbund 31 versehen, an welchem eine Schraubenfeder 32 angreift, die sich am Boden der Sackbohrung 24 abstützt. Die Schrauben­ feder 32 ist bestrebt, den Kernbolzen 30 nach unten zu drüc­ ken und in der dargestellten Lage zu halten, in welcher der Ringbund 31 auf der Stirnseite der Induktionsspule 25 auf­ liegt.

In das Druckstück 20 ist ein Ankerbolzen 34 aus magnetischem leitendem Stoff eingeschraubt, der durch die Platte 26 mit engem Führungsspiel hindurchtritt und in die Innenbohrung der Induktionsspule 25 soweit hineinragt, daß zwischen seiner Stirnseite und der Stirnseite des Kernbolzens 30 ein Luft­ spalt h ₂ verbleibt. Über diesen Luftspalt h ₂ führt der ma­ gnetische Kreis der Induktionsspule 25, der außerhalb des Luftspaltes h ₂ das Gehäuse der Induktionsspule 25, die Platte 26, den durch die Platte 26 hindurchtretenden End­ abschnitt des Ankerbolzens 34 und den Kernbolzen 30 durch­ setzt. Die Teile sind so bemessen, daß bei geschlossenem Ventil 16, 17 und bei auf der Induktionsspule 25 aufliegen­ dem Bund 31 des Kernbolzens 30 der Luftspalt h ₂ kleiner als der Ventilnadelhub h ₁ ist. Bei einem bevorzugten Ausführungs­ beispiel beträgt der Luftspalt h ₂ etwa 1/5 des Ventilnadel­ hubes h ₁.

Der zugeführte Kraftstoff gelangt über Bohrungen 36 und 37 im Düsenhalter 10 in eine stirnseitige Ringnut 38 der Zwi­ schenplatte 11 und von dort weiter über eine Bohrung 39 in der Zwischenplatte 11, eine Ringnut 40 und eine Bohrung 41 im Düsenkörper 12 in einen Druckraum 42, welcher die Ventil­ nadel 15 im Bereich einer Druckschulter 43 umgibt. Vom Druckraum 42 gelangt der Kraftstoff durch das Ventil 16, 17 in eine Spritzöffnung 44 und von dort in die Brennkammer des Motors. Die über den Führungsspalt der Ventilnadel 15 in den Federraum 22 gelangende Leckölmenge kann durch axiale Nuten 45 und 46 in der Platte 26 und im Gehäuse der Induk­ tionsspule 25 in die Sackbohrung 24 treten, von der ein Kanal 47 zu einem Gewindeloch 48 für den Anschluß einer Leckölleitung führt.

Die Induktionsspule 25 ist über angedeutete Leitungen 49 an eine Gleichstromquelle und eine Einrichtung zur Auswertung der im Betrieb in der Induktionsspule induzierten und sich der angelegten Gleichspannung überlagernden Spannungen an­ geschlossen. Unmittelbar nach Beginn des Öffnungshubes der Ventilnadel 15 wird der Anfangsluftspalt h ₂ auf den Wert Null verkürzt, sodaß sich genau zur richtigen Zeit eine deutlich ausgeprägte sprunghafte Änderung des magnetischen Flusses und der resultierenden Spannung ergibt, welche mit einfachen Mitteln auswertbar ist. Beim weiteren Hub der Ven­ tilnadel 15 wird der Kernbolzen 30 vom Ankerbolzen 34 nach oben mitgenommen, wobei die Schraubenfeder 32 den Kontakt­ bolzen 30 am Ankerbolzen 34 angelegt hält. Beim Schließhub der Ventilnadel 15 bleiben die Teile 30 und 34 zunächst an­ einander angelegt, bis kurz vor Ende des Hubes der Ringbund 31 an der Induktionsspule 25 anschlägt und den Kernbolzen 30 an einer Weiterbewegung hindert. Danach werden die Teile 30 und 34 rasch voneinander getrennt und der Anfangs-Luft­ spalt h ₂ wiederhergestellt, wobei - wiederum im richtigen Augenblick - der Auswerteschaltung ein deutlich ausgeprägtes Signal zugeführt wird.

Die Einspritzdüse nach Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach Fig. 1 praktisch nur durch einen anderen Aufbau der huberfassenden und signalerzeugenden Mittel. Für diesen Zweck ist hier eine Induktionsspule 50 mit angedeuteten Anschluß­ leitungen 50 a vorgesehen, deren aus Weicheisen bestehendes Gehäuse mit einem angeformten zentralen Kernansatz 51 ver­ sehen ist. Die Schließfeder 27 stützt sich über eine Führungs­ scheibe 52 aus nichtmagnetisierbarem Stoff, einer Ringplatte 53 aus Weicheisen und über das Gehäuse der Induktionsspule 50 am Boden 54 des Federraumes 22 ab. Eine der Sackbohrung 24 nach Fig. 1 entsprechende Ausnehmung ist bei der Ein­ spritzdüse nach Fig. 2 nicht vorgesehen, sodaß diese insge­ samt etwas kürzer als die Ausführung nach Fig. 1 baut.

Der Kernansatz 51 der Induktionsspule 50 reicht in die zen­ trale Bohrung der Ringplatte 53 hinein, die so bemessen ist, daß sich ein definierter Ringspalt 55 zwischen dem Kernan­ satz 51 und der Bohrungswand der Ringplatte 53 ergibt. Der magnetische Kreis der Induktionsspule 50 führt über deren Gehäuse samt Kernansatz 51, die Ringplatte 53 und radial durch den Ringspalt 55, welcher dem Anfangs-Luftspalt des magne­ tischen Kreises entspricht.

Das Druckstück 20 ist mit einem axialen Ansatz 56 versehen, auf den als Anker ein Hohlkolben 57 aus magnetisch leitendem Material aufgesteckt ist, der in der Führungsscheibe 52 zusätzlich radial geführt ist. Der Hohlkolben 57 könnte auch aus einem Stück mit dem Druckstück 20 gebildet sein. Der Außen- und der Innendurchmesser des Hohlkolbens 57 sind so bemessen, daß seine Ringwand 58 mit geringem ra­ dialen Spiel in den Ringspalt 55 einzutreten vermag. Eine im Hohlkolben 57 angeordnete Schraubenfeder 59 stützt sich am Kernansatz 51 ab und ist bestrebt, den Hohlkolben 57 an Druckstück 20 angelegt zu halten. Die Teile sind so bemes­ sen, daß bei geschlossenem Ventil 16, 17 die obere Stirn­ fläche des Hohlkolbens 57 etwa in der gleichen Ebene liegt wie die untere Stirnfläche der Ringplatte 53.

Zur Leckölabführung aus dem Federraum 22 sind im Hohlkolben 57 eine radiale Bohrung 60 und im Kernansatz 51 des Spulen­ gehäuses eine zentrale Bohrung 61 vorgesehen, die in den zum Gewindeloch 48 führenden Kanal 47 mündet. Die Induktions­ spule 50 ist wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 an eine Gleichstromquelle und eine Signalauswerteschaltung an­ schließbar.

Beim Öffnungshub der Ventilnadel 15 tritt der Hohlkolben 57 in den Ringspalt 55 ein und füllt diesen am Ende des Öffnungs­ hubes bis auf ein geringes, für die freie Beweglichkeit des Hohlkolbens notwendiges radiales Spiel gänzlich aus. Auf diese Weise wird auch bei dieser Ausführung, ausgehend von einem bereits schon verhältnismäßig kleinen Anfangs-Luft­ spalt, eine hohe prozentuale Luftspaltänderung erzielt. In­ folge der Besonderheit, das bereits zu Beginn des Öffnungs­ hubes ein Teil der Luftspaltlinien bis auf das geringe ra­ diale Bewegungsspiel um die Ringwand 58 des Hohlkolbens her­ um verkürzt wird, tritt auch bei dieser Ausführung bei Hub­ beginn und -ende eine überproportional große Änderung des magnetischen Widerstandes im Magnetkreis der Induktionsspule auf.

Die Variante nach Fig. 3 sieht vor, daß ein mit dem Ventil­ schließglied verbundener Ankerbolzen 62 durch die zentrale Bohrung der Induktionsspule 64 hindurchreicht und in Schließ­ stellung des Ventils mit seinem freien Stirnrand 66 am Beginn einer Bohrung 68 im Gehäuseboden 70 der Induktionsspule 64 steht. Beim Öffnen des Ventils wird der Luftspalt in der Boh­ rung 68 zunehmend verkleinert, wodurch wiederum das gewünschte Signal gebildet wird.

Claims (6)

1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit einem Düsen­ körper, in welchem ein Ventilsitz gebildet und eine mit diesem zusam­ menarbeitende Ventilnadel verschiebbar geführt ist, die von einer Schließfeder und entgegengesetzt dazu vom Kraftstoffdruck beauf­ schlagt ist und sich beim Öffnungshub entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffs bewegt, und ferner mit einem Düsenhalter, an welchem der Düsenkörper festgespannt ist und der eine Kammer zur Aufnahme der Schließfeder hat und eine Induktionsspule trägt, welcher ein mit der Ventilnadel bewegtes und dabei Flußänderungen in der Induktionsspule hervorrufendes Teil zum Zweck der nadelhub- bzw. nadelgeschwindig­ keitsabhängigen Signalgabe zugeordnet ist und welche mit einem ihre zentrale Öffnung mindestens teilweise ausfüllenden Spulenkern verse­ hen ist, welchem sich das mit der Ventilnadel bewegte Teil beim Öff­ nungshub nähert, dadurch gekennzeichnet, daß im magnetischen Kreis der innerhalb der Kammer (22) angeordneten Induktionsspule (25) ein Luftspalt (h ₂) zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen am Spulenkern (30) und an dem als Anker (34) ausgebildeten mit der Ven­ tilnadel (18) bewegten Teil gebildet ist, die den Luftspalt (h ₂) begrenzenden Flächen an Spulenkern (30) und Anker (34) so an­ geordnet sind, daß mindestens in einem Teilbereich der Luftspalt­ fläche der Luftspalt bereits nach einem Teilhub des Ankers (34) auf seine geringste Länge verkürzt ist, und daß der Spulenkern (30) gegen Federkraft verschiebbar im Gehäuse der Induktionsspule (25) gelagert ist.

2. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit einem Düsen­ körper, in welchem ein Ventilsitz gebildet und eine mit diesem zusam­ menarbeitende Ventilnadel verschiebbar geführt ist, die von einer Schließfeder und entgegengesetzt dazu vom Kraftstoffdruck beauf­ schlagt ist und sich beim Öffnungshub entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffs bewegt, und ferner mit einem Düsenhalter, an welchem der Düsenkörper festgespannt ist und der eine Kammer zur Aufnahme der Schließfeder hat und eine Induktionsspule trägt, welcher ein von der Ventilnadel beeinflußter Anker zum Zweck der nadelhub- bzw. nadelge­ schwindigkeitsabhängigen Signalgabe zugeordnet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der magnetische Kreis der innerhalb der Kammer (22) angeordneten Induktionsspule (50, 64) über einen mit einer zentralen Bohrung versehenen Leitkörper (53, 70) führt, und daß der als Kolben ausgebildete Anker (57, 62) in der Schließstellung der Ventilnadel (18) mit seiner Stirnkante am Beginn der zentralen Bohrung im Leitkörper (53, 70) steht, dagegen in der Offenstellung der Ventilnadel ein Stück weit in die Bohrung des Leit­ körpers (53, 70) hineinragt, wobei das radiale Spiel zwischen Bohrung und Kolben (57, 62) den kleinsten Restluftspalt des magnetischen Kreises bildet.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Bohrung aufweisende Leitkörper (53, 70) eine die Induktionsspule axial abdeckende Platte ist.

4. Einspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule mit einem magnetisierbaren Spulenkern (51, Fig. 2) versehen ist, welcher in die Bohrung der an der Induktionsspule an­ liegenden Platte (53) ragt, und daß der Anker (57) als Hohlkolben ausgebildet ist, dessen Ringwand (58) beim Öffnungshub der Ventil­ nadel (15) in den Ringspalt (55) zwischen Bohrungswand und Spulen­ kern (51) eintaucht.

5. Einspritzdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem als Hohlkolben ausgebildeten Anker (57) eine Feder (59) angeordnet ist, die sich auf der Stirnseite des Spulenkerns (51) abstützt.

6. Einspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Bohrung (68) versehene Platte durch den vom Ventilsitz abge­ kehrten Boden (70) des Spulengehäuses gebildet ist und der Anker (62) sich durch die Induktionsspule (62) hindurch erstreckt.