DE3139170A1 - Kraftstoff-einspritzduese fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen
• Stand dcr Technik Die Erfindung geht aus von einer Eraftstoff-Einspritzdüse nach der Gattung des Hauptanspruchs, Bei einer bekannten Einspritzdüse dieser Gattung (GB-PS 886 258) mit nach außen öffnender Ventilnadel (A-Düse) ist das Schraubenfederelement eine als Einzelteil ausgebildete Schraubenzugfeder, deren Enden auf entsprechend geformte Gewindeabschnitte am Ventilnadelschaft und an einem Stützkörper aufgedreht sind.
• Diese Ausführung erscheint nachteilig, weil die Schraubenzugfeder wegen des geringen Wicklungsdurchmessers quer zu ihrer Längsachse verhältnismäßig steif und daher der Reibungsschluß zwischen den Endwindungen der Feder und den Gewindeabschnitten an Ventilnadel und Stützkörper in hohem Naße toleranzempfindlich ist. Bei Festlegung der Schließkraft der Ventil nadel und der Schließfedercharakteristik muß daher auch Rücksicht auf die Forderungen genommen werden, die bezüglich der Verbindung mit den benachbarten Teilen an die Schraubenzugfeder gestellt sind. Das kann zu Kompromissen zwingen, die sich nachteilig auf die Funktion der Einspritzdüse auswirken. Wenn ein ungewolltes Lösen der Ventilnadel von der Schraubenzugfeder über eine längere Betriebszeit hinweg mit Sicherheit vermieden werden soll, erscheint es unerläßlich, durch zusätzliche Mittel eie Relativdrehung zwischen Ventilnadel und Schraubenzugfeder zu verhindern.
• Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Nerkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Schraubenfederelement unlösbar mit der Ventilnadel verbunden ist und daher die die Federkraft und -charakteristik bestimmenden Parameter des Schraubenfederelenents allein nach den Forderungen bemessen werden können, die ein angestrebter Einspritzverlauf an die Feder stellt.
• Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich.
• Die vorgeschlagene Ausbildung der Ventilnadel bzw. des Schraubenfederelementes wirkt sich insbesondere bei solchen Einspritzdüsen vorteilhaft auf den Gesamtaufbau aus, bei denen sich die Ventilnadel bei ihrem Öffnungshub in Strömungsrichtung des Kraftstoffs bewegt (A-Düse).
• Bei einer solchen Einspritzdüse wird vorgeschlagen, daß der das Schraubenfederelement bildende Schaftansatz der Ventilnadel an seinem freien Ende ohne schraubenlinienförmige Aussparung ist und eine Ringschulter zum Abstützen an einer Gegenschulter des Düsenkörpers hat. Dadurch ist erreicht, daß ein auf die Windungen des Schraubenfederelementes abgestimmtes, besonders geformtes Stützteil entfällt und zur Abstützung bzw. zum Toleranzausgleich durch ebene Flächen begrenzte, scheibenförmige Teile verwendet werden können.
• Zum Einführen solcher Teile zwischen die SchuLtern an Ventilnadel und Düsenkörper wird vorgeschlagen, daß der Schaftansatz der Ventilnadel am freien Ende mit einer Nontageschulter oder dgl. für ein Werkzeug zum Längen des das Schraubenfederelement bildenden Schaftansatzes der Ventilnadel versehen ist.
• Eine einwandfreie Führung der Ventilnadel und eine verlustarme Führung des Kraftstoffs läßt sich durch die in den Ansprüchen 4 bis 7 enthaltenen Merkmale erzielen.
• Um die beim plötzlichen Öffnen des Ventils möglicherweise auftretenden Rubschwingungen zu beruhigen, bzw. um den Offnungshub der Ventilnadel zum Zweck der Verringerung des Motorgeräusches zu verzögern, wird gemäß der Erfindung weiter vorgeschlagen, daß die schraubenlinienförmige Aussparung im verlängerten Ventilnadelsohaft mit einem Körper aus weichelastischem Stoff ausgefüllt ist.
• Der ausfüllende Stoff soll temperatur- und kraftstoffbeständig sein und vorteilhaft die Dehnunge und Dämpfungseigenschaften von Weichgummi haben. Als besonders zweckmäßig haben sich die Verwendung der in den Ansprüchen 9 und 10 vorgeschlagenen Stoffe herausgestellt.
• Die das Schraubenfederelement formende schraubenlinienförmige Aussparung im Schaftansatz der Ventilnadel kann nachträglich durch Einfräsen oder Einschleifen hergestellt sein. Der dadurch gebildete rechteckige Querschnitt der Federwindungen ergibt ein optimales Verhältnis von Federkraft zu .icklungsdurchmesser bei sonst vorgegebenen Federdaten. Die Steigung der schraubenlinienförmigen Aussparung kann ggf. auch ungleichmäßig ausgeführt sein, so daß sich eine nichtlineare Federkennlinie ergibt. Diese kann, kombiniert mit einer dem Ventilsitz vor- oder nachgeschalteten, hubabhängig gesteuerten Drosselstelle, dazu ausgenutzt werden, um einen deutlichen Sprung der Einspritzmenge und des Einspritzdruckes am Ende eines ersten Teilbubes der Ventilnadel zu erzielen.
• Die erfindungsgemäße Einspritzdüse zeichnet sich gegenüber den auf den Markt befindlichen herkömmlichen Düsen durch eine besonders geringe bewegte Masse aus. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Ventilnadelschaftes kann mit Vorteil auch bei Einspritzdüsen mit nach innen öffnender Ventilnadel (I-Düse) vorgesehen werden, wobei das Schraubenfederelement wie eine Schraubendruckfeder wirkt.
• Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine Kraftstoff-Einspritzdüse für eine Dieselbrennkraftmaschine.
• Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die Einspritzdüse hat einen Düsenkörper 10, der durch ein Schraubteil 12 an einem Düsenhalter 14 festgespannt ist.
• Im Düsenkörper 10 ist eine Längsbohrung 16 gebildet, die am brennraumseitigen Endabschnitt über einen im Durchmesser größeren Bohrungsabschnitt 18 in einen konischen Ventilsitz 20 übergeht. An den Ventilsitz 20 schließt sich stromab ein erweiterter Bohrungsabschnitt 22 an, der an der benachbarten Stirnfläche 24 des Düsenkörpers 10 ausmündet. Die Längsbohrung 16 ist durch den ganzen Düsenkörper 10 bis zu dessen zulaufseitiger Stirnfläche 26 hindurchgeführt, welche am Düsenhalter 14 anliegt.
• In der Längsbohrung 16 ist eine als Ganzes mit der Bezugszahl 30 bezeichnete Ventilnadel angeordnet, die aus einem Kopf 32, einem Schaft 34 und einem Schaftansatz 36 besteht, welcher einen geringeren Außendurchmesser als der Schaft 34 hat. Am Kopf 32 ist ein mit dem Ventilsitz 20 zusammenarbeitender Dichtkegel 38 gebildet, an den sich ein leicht konischer Abschnitt 40 und ein Strahlformungsbund 42 anschließt. Der Schaft 34 ist passend in der Längsbohrung 16 geführt und mit Längsnuten 44 versehen, welche einen zwischen Schaftansatz 36 und Längsbohrung 16 gebildeten Ringraum 46 mit dem zwischen Schaft 34 und erweitertem Bohrungsabschnitt 18 gebildeten Ringraum 48 verbinden.
• Der Schaftansatz 36 erstreckt sich durch die Längsbohrung 16 hindurch in eine zwischen dem Düsenkörper 10 und dem Düsenhalter 14 gebildete und von diesen Teilen umschlossene Kammer 50 hinein, die über eine Bohrung 52 mit einem Kraftstoffanschluß 54 am Düsenhalter 14 verbunden ist. In den Schaftansatz 36 ist eine zentrale Bohrung 56 eingearbeitet, die von dem in der Kammer 50 liegenden Stirnende 58 des Schaftansatzes 36 ausgeht und etwa bis zu dessen Übergang in den im Durchmesser größeren Schaft 34 reicht. Dort ist die zentrale Bohrung 56 über mindestens eine euerbohrung-60 mit den Ringraum 46 in der Längsbohrung 16 des Düsenkörpers verbunden. Das Stirnende 58 des Schaftansatzes 36 hat einen etwas größeren Außendurchmesser als dessen übriger Teil, wodurch eine Ringschulter 62 gebildet ist, unter welcher ein Federteller 64 und eine Ausgleichsscheibe 66 liegt. Der Federteller 64 hat einen seitlichen Schlitz 68 zum seitlichen Aufschieben auf den Schaftansatz 36, sowie auf der oberen Stirnseite eine dem Außendurchmesser des Stirnendes 58 angepaßte Vertiefung, in welche das Stirnende 58 eingreift.
• In den Mantel des Schaftansatzes 36 ist ein Schlitz 70 eingefräst, dessen Tiefe bis in die zentrale Bohrung 56 hineinreicht und der sich entlang einer Schraubenlinie in einer Vielzahl von Windungen über die Länge L des Schaftansatzes 36 erstreckt. Durch den Schlitz 70 ist der Schaftansatz 36 zu einem Schraubenzugfederelement mit einzelnen Windungen 72 geformt, die einen rechteckigen Querschnitt haben. Der Abstand der Ringschulter 62 vom Dichtkegel 38 der Ventilnadel 30 ist so auf die Länge des Düsenkörpers 10 abgestimmt, daß der Schaftansatz 36 bereits in der Schließlage der-Ventilnadel 30 in einem der Schließkraft entsprechenden Maße vorgespannt ist.
• Das Stirnende 58 des Schaftansatzes 36 stützt sich dabei über den Federteller 64 und die Ausgleichsscheibe 66 auf der Stirnfläche 26 des Düsenkörpers 10 ab. Der Schaftansatz 36 übt so die Funktion der Schließfeder für die Ventilnadel 30 aus, so daß ein gesondertes Teil hierfür entfällt. Die zentrale Bohrung 56 im Schaftansatz 36 ist am Stirnende 58 mit einem Gewindeabschnitt 73 versehen, in welchen ein Werkzeug zum Längen des Schaftansatzes 36 beim Einschieben des Federtellers 64 eingedreht werden kann.
• Der Zwischenraum zwischen den einzelnen Federwindungen 72 des Schaftansatzes 36 ist mit einem Körper 74. aus Polyamid ausgeschäumt, welcher an den Flanken der Federwindungen 72 haftet. Dadurch wird die Üffnungsbewegung der Ventilnadel 30 gedämpft bzw. verzögert, was sich insbesondere für das Leerlaufverhalten der Einspritzdüse günstig auswirkt. Anstelle des Polyamids kann auch ein anderer temperatur- und kraftstoffbeständiger Stoff mit weichelastischen Eigenschaften zwischen die Federwindungen 72 haftend eingebracht sein.
• Der Kraftstoff gelangt durch die Bohrung 52 in Düsenhalter 14 in die Kammer 50 und von dort durch die zentrale Bohrung 56 in der Ventilnadel 30 und die Querbohrung 60 in den Ringraum 46. Aus diesem tritt der Kraftstoff über die Längsnuten 44 im Schaft 34 der Ventilnadel 30 in den Ringraum 48, der unmittelbar vor dem Ventildurchgang 20, 38 liegt. Beim Öffnungshub der Ventilnadel 30 wird durch die beschriebene Ausbildung des Nadelkopfes 32 sowie der Ausbildung des Düsenkörpers 10 im Bereich des Ventilsitzes 20 wie bekannt eine stufenförmige Einspritzcharakteristik erzielt.
• Leerseite

Claims (10)

1. Patentansprüche 1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit einem Dusenk-orper, in welchem in einer Längsbohrung ein Ventilsitz gebildet und eine Ventilnadel verschiebbar angeordnet ist, welche in Offnungsrichtung vom Druck des Eraftstoffs und in Schließrichtung von einem Schraubenfederelement beaufschlagt ist, dessen Wicklungsdurchmesser etwa dem Schaftdurchmesser der Ventilnadel entspricht und welches ohne Zwischenschaltung eines Federtellers bzw. Druckstücks unmittelbar an der Ventilnadel angreift, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (30) einen hohlen Schaftansatz (36) hat, welcher durch eine schraubenlinienförmige Aussparung (70) in seinem Mantel zu einem einstückig mit der Ventilnadel (30) verbundenen Schraubenfederelement geformt ist.
2. 2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, deren Ventilnadel sich beim Öffnungshub in Strömungsrichtung des Tiraftstoffs bewegt (A-Düse), dadurch gekennzeichnet, daß der das Schraubenfederelement bildende Schaftansatz (36) der Ventilnadel (30) an seinem freien Ende ohne schraubenlinienförmige Aussparung (70) ist und eine Ringschulter (62) zum Abstützen an einer Gegenschulter (26) des Düsenkörpers (10) hat.
3. 3. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaftansatz (36) am freien Ende mit einer Montageschulter ( 73), insbesondere einen Gewinde versehen ist.
4. 4. Einspritzdüse nach Anspruch 1, deren Ventilnadel sich beim Öffnungshub in Strömungsrichtung des Kraftstoffs bewegt (A-Düse), dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (30) zwischen ihrer Ventildichtfläche (38) und dem benachbarten Beginn der schraubenlinienförmigen Aussparung (70) in der Längsbohrung (16) des Düsenkörpers (10) geführt ist.
5. 5. Einspritzdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsabscbnitt (34) der Ventilnadel (30) mit mindestens einer Längsnut (44) versehen ist, welche einen stromauf des Führungsabschnittes (34) liegenden, mit dem Kraftstoffanschluß (54) verbundenen Ringraum (46) in der Längsbohrung (16) mit dem Ventildurchgang (20,38) verbindet.
6. 6. Einspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (46) in der Längsbohrung (16) des Düsenkörpers (10) sich über die gesamte Länge des das Schraubenfederelenent bildenden Schaftansatzes (36) der Ventilnadel (30) erstreckt.
7. 7. Einsritzdüse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (56) im Schaftansatz (36) der Ventilnadel (30) bis an deren Führungsabschnitt (34) heranreicht und dort über mindestens eine Querbohrung (60) mit dem Ringraum (46) in der Längsbohrung (16) verbunden ist.
8. 8. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenlinienförmige Aussparung (70) im Ventilnadelschaft mit einem Körper (74) aus weichelastischem Stoff ausgefüllt ist, der an den Flanken der durch die Aussparung (70) gebildeten Federwindungen (72) haftet.
9. 9. Einspritzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der die schraubenlinienförmige Aussparung (70) ausfüllende Körper (74) aus vorzugsweise eingeschlossene Stickstoffbläschen enthaltendem Polytetrafluoräthylen besteht.
10. 10. Einspritzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (74) aus eingeschäumtem Polyamid gebildet ist.