DE3726712A1 - Kraftstoff-einspritzduese mit nadelhubsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzdüse mit Nadelhubsensor, mit einem Düsenkörper und einem an diesen über eine aus ferromagnetischem Material bestehende Zwischenplatte anschließenden Düsenhalter, mit einer in dem Düsenkörper geführten Düsennadel, deren äußerem Ende ein Ventilsitz im Düsenkörper zugeordnet ist und die an ihrem inneren Ende unter Bildung einer einspringenden Ringschulter mit einem unter Belassung eines radialen Luftspaltes in bzw. durch eine Bohrung der Zwischenplatte reichenden Druckzapfen versehen ist, wobei bei geschlossener Düsennadel zwischen der Ringschulter und der Zwischenplatte ein Luftspalt ver­ bleibt, mit einer in dem Düsenhalter vorgesehenen Druckfe­ der, die über einen Federteller und einen Druckbolzen auf den Druckzapfen der Düsennadel entgegen deren Öffnungsbewe­ gung wirkt, und mit einer an der Zwischenscheibe angeordne­ ten Induktionsspule, in welcher durch Änderung der Reluktanz ihres Magnetkreises bei der Ventilbewegung ein Nadelhub­ signal induziert wird.

Eine Einspritzdüse dieser Art ist beispielsweise aus der DE-OS 29 32 480 bekannt geworden. Bei dieser Düse umgibt die Induktionsspule einen Teil des Druckbolzens und einen Teil des Druckzapfens der Düsennadel, wobei diese Teile den Kern der Spule bilden. Bei Bewegung der Düsennadel wird der Druckbolzen ein wenig aus der Spule heraus bewegt, wodurch sich die Reluktanz ihres Magnetkreises ändert, der entweder durch einen durch die Spule fließenden Gleichstrom oder durch einen Dauermagneten magnetisiert ist. Die Reluktanzän­ derung führt in beiden Fällen zu einem Induktionssignal der Spule, das für die Nadelbewegung repräsentativ ist und das beispielsweise einer elektronischen Regeleinrichtung für die Brennkraftmaschine zugeführt werden kann. Bei anderen Aus­ führungsformen der bekannten Düse ist zusätzlich ein Ar­ beitsluftspalt im Spulenkern vorgesehen, der von einem hoch­ gezogenen Ring der Zwischenplatte und der Stirnfläche des Druckbolzens gebildet ist. Ein weiterer Arbeitsluftspalt kann außerhalb der Spule von einer Stirnfläche eines ringförmigen Dauermagneten und dem Federteller gebildet sein.

Soferne bei der bekannten Düse ein veränderlicher Arbeits­ luftspalt vorliegt, ist dieser zufolge der üblichen Längen­ toleranzen der Zwischenplatte und des Druckbolzens bzw. des Federtellers nicht genau definiert; vor allem bleibt auch bei vollständig geöffneter Düsennadel immer ein Restluftspalt, wodurch das in der Spule induzierte Nadelhubsignal verhält­ nismäßig klein ist.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Einspritzdüse, die ein für die praktische Verarbeitung genügend hohes Na­ delhubsignal liefert. Trotz der vorherrschenden ungünstigen Bedingungen, wie hohe Temperaturen und Treibstoffatmosphäre sollen eine hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit gegeben sein.

Dieses Ziel läßt sich mit einer Düse der eingangs genannten Art ereichen, bei welcher erfindungsgemäß die Spule von der ausschließlich von dem ferromagnetischem Material der Zwi­ schenplatte begrenzten Bohrung radial entfernt angeordnet ist, wobei der für den Magnetkreis maßgebende Fluß über den zwischen der Spule und der Bohrung gelegenen Abschnitt der Zwischenplatte und über den Arbeitsluftspalt zwischen der Ringschulter und der Zwischenplatte verläuft.

Da bei geöffneter Düsennadel deren Ringschulter an der Zwi­ schenplatte anliegt, ergibt sich ein Arbeitsluftspalt der sich zwischen dem maximalen Nadelhub und Null verändert. De­ mentsprechend erhält man optimales Induktionssignal.

Um einen unerwünschten magnetischen Nebenfluß zu vermeiden, kann es sich empfehlen, wenn in der der Zwischenplatte zuge­ wandten Stirnfläche des Düsenkörpers eine von der Lagerboh­ rung der Düsennadel ausgehende ringförmige Ausnehmung vorge­ sehen ist.

Aus demselben Grund kann in der Zwischenplatte eine Einlage aus nicht ferromagnetischem Material angeordnet sein, die sich von der Spule bis in den Bereich des Arbeitsluftspaltes erstreckt.

Aus Gründen der Feldlinienführung und auch zum Schutz der Spule kann zwischen dem Düsenkörper und der Zwischenplatte eine Zwischenlage aus nicht ferromagnetischem Material ange­ ordnet sein.

Es ist weiters empfehlenswert, wenn die Zwischenplatte zur Flußrückführung mit dem Düsenkörper über zumindest ein Leit­ stück aus ferromagnetischem Material verbunden ist. Insbe­ sondere kann das Leitstück als peripherer Ring ausgebildet sein.

Eine zweckmäßige Variante zeichnet sich dadurch aus, daß die Spule konzentrisch zur Düsenachse angeordnet ist, wobei Spu­ lenachse und Düsenachse zusammenfallen. Hiebei kann die Spu­ le in einer Ringnut, insbesondere in einer Umfangsnut der Zwischenplatte angeordnet sein.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist da­ durch gekennzeichnet, daß die Achse der Spule bezüglich der Düsenachse radial versetzt ist. In diesem Fall ist es gün­ stig, wenn die Spule von einem Kernstift aus ferromagneti­ schem Material durchsetzt ist, der sich von der Zwischen­ platte bis in den Düsenkörper erstreckt, wobei der Kernstift mit Preßpassung in der Zwischenplatte sitzen und mit gerin­ gem Spiel in eine Bohrung des Düsenkörpers eingreifen kann.

Um unerwünschte magnetische Nebenschlüsse zu vermeiden, ist es angebracht, wenn bei Verwendung eines Kernstiftes zwi­ schen dem Düsenkörper und der Zwischenplatte zumindest ein Paßstift aus nicht ferromagnetischem Material vorgesehen ist.

Die Spule kann mit Vorteil in einer zum Rand hin offenen Ausnehmung der Zwischenplatte angeordnet sein.

Schließlich kann ein Dauermagnet in bzw. an der Zwischen­ platte oder auf dem Federteller angeordnet sein.

Die Erfindung samt ihren weiteren Vorteilen und Merkmalen ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen jeweils vergrößert und in einem Axial­ schnitt durch den mittleren Teil einer Kraftstoff- Einspritzdüse nach der Erfindung Fig. 1 eine erste Ausfüh­ rungsform, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform, Fig. 3a und 3b eine dritte bzw. vierte Ausführungsform und Fig. 4 eine fünfte Ausführungsform.

Aus Fig. 1 ist der mittlere Teil einer Einspritzdüse ersicht­ lich, in dem die erfindungswesentlichen Merkmale enthalten sind. Gezeigt ist die Erfindung am Beispiel einer Diesel- Einspritzdüse, bei welcher die Düsennadel auf Grund des Druckes des eingespritzten Treibstoffes abhebt, wobei es sich um eine übliche Düse oder um eine Pumpendüse handeln kann.

Die Einspritzdüse weist einen Düsenkörper 1 mit einer zen­ tralen Lagerbohrung 2 für eine Düsennadel 3 auf. Die längs der Düsenachse a verschiebliche Nadel 3 sitzt in bekannter, hier nicht gezeigter Weise mit einem Dichtkegel auf einem Ventilsitz. An den Düsenkörper 1 schließt - in der Zeichnung nach oben - eine Zwischenplatte 4 an, die eine zentrale Boh­ rung 5 aufweist. In dieser Bohrung 5 verläuft unter Belas­ sung eines radialen Spaltes 6 ein Druckzapfen 7 der Düsenna­ del 3. Auf die Zwischenplatte 4 erfolgt ein Düsenhalter 8 mit einer zentralen Bohrung 9 in der eine am oberen Ende des Düsenhalters 8 abgestützte Druckfeder 10 untergebracht ist. Mit ihrem unteren Ende liegt die Druckfeder 10 auf einem Fe­ derteller 11 auf, der mit einem an seiner Unterseite ange­ ordneten Druckbolzen 12 an dem Druckzapfen 7 der Düsennadel 3 aufliegt. Der Düsenkörper 1, die Zwischenplatte 4 und der Düsenhalter 8 werden von einem Gehäuse 13, das z.B. eine Überwurfmutter sein kann, fest zusammengehalten. Alle vier vorerwähnten Teile bestehen im allgemeinen aus ferromagneti­ schem Stahl.

In dem Schnitt nach Fig. 1 ist weiters ein Treibstoffkanal 14 zu sehen, der sich in Form von Bohrungen von einem nicht gezeigten oberen Anschluß durch den Düsenhalter 8, die Zwi­ schenplatte 4 und den Düsenkörper 1 bis zu dem in der Zeich­ nung nicht ersichtlichen Ventilsitz der Nadel 3 erstreckt.

In der Zwischenplatte 4 ist eine nach unten hin offene Ring­ nut 15 ausgebildet. Eine Spule 16, die in einen Spulenhal­ ter 17 aus Kunststoff eingebettet ist, ist in diese Ringnut eingelegt. Die Achse der Spule 16 fällt mit der Düsenachse a zusammen. Durch eine nur strichliert angedeutete Bohrung 18 ist eine nicht gezeigte elektrische Leitung von den Spulen­ anschlüssen nach außen und an geeigneter Stelle durch das Gehäuse 13 geführt. Zwischen der Bohrung 5 und der Spule 16 verbleibt demnach ein im wesentlichen ringförmiger Abschnitt 19 der Zwischenplatte 4.

Zwischen der Zwischenplatte 4 und dem Düsenkörper 1 ist eine scheibenförmige Zwischenlage 20 aus nicht ferromagnetischem Material, z.B. aus einer Kupferknetlegierung oder aus nicht­ magnetischem Stahl vorgesehen. Diese Zwischenlage 20 reicht von der Innenfläche eines ferromagnetischen peripheren Ringes 21 bis zu der Außenfläche des ringförmigen Abschnit­ tes 19. In der der Zwischenplatte 4 zugewandten Stirnfläche des Düsenkörpers 1 ist eine von der Lagerbohrung 2 ausgehen­ de ringförmige Ausnehmung 22 vorgesehen. Der Ring 21, der als Leitstück für den magnetischen Fluß der Spule 16 dient, kann in nicht näher gezeigter Weise, etwa durch in Radial­ bohrungen des Düsenkörpers 1 eingepaßte Stifte fixiert sein.

In Fig. 1 ist die Düsennadel 2 in ihrer Schließstellung ein­ gezeichnet, in der sie von der Druckfeder 10 über den Feder­ teller 11, den Druckbolzen 12 und den Druckzapfen 6 gegen ihren Ventilsitz gedrückt ist.

Über die nicht gezeigten Zuleitungen kann die Spule 16 mit einem konstanten Gleichstrom gespeichert werden. Es entsteht ein Magnetfeld, dessen wesentlicher Verlauf durch eine re­ präsentative Feldlinie b in Fig. 1 gezeigt ist. Die Feldli­ nien verlaufen über den Abschnitt 19 der Zwischenplatte 4, über den Arbeitsluftspalt l, der zwischen der Stirnfläche des Abschnittes 19 und der Stirnfläche jener einspringenden Ringschulter 23 liegt, die zwischen dem Umfang der Düsenna­ del 2 und dem Umfang des Druckzapfens 7 liegt, weiters über die Düsennadel 3, den Düsenkörper 1, den peripheren Ring 21 und über die Zwischenplatte 4 wieder in den Abschnitt 19. Es versteht sich, daß verschiedene, zum Teil unerwünschte mag­ netische Nebenschlüsse vorliegen, doch ist der oben be­ schriebene Flußverlauf für die Erfindung wesentlich.

Bei genügendem Anstieg des Druckes des durch den Kanal 14 dem Ventilsitz zugeführten Treibstoffes hebt sich die Düsen­ nadel 3, bis sie schließlich in voller Offenstellung mit der Ringschulter 23 an der Stirnfläche des Abschnittes 19 anliegt. Der Arbeitsluftspalt l ändert sich somit während der Öffnungsbewegung der Nadel 2 von einer Länge, die dem maximalen Nadelhub entspricht auf die Länge Null. Diese Än­ derung ruft eine starke Erhöhung der Reluktanz des Magnet­ kreises der Spule 16 hervor, wodurch ein Signal in der Spule 16 induziert wird, das als Nadelhubsignal einer elektroni­ schen Steuereinrichtung für die Brennkraftmaschine zugeführt werden kann.

Die Vormagnetisierung durch einen konstanten Gleichstrom kann entfallen, wenn man für eine Vormagnetisierung des oben be­ schriebenen Magnetkreises durch einen Permanentmagneten sorgt. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein schei­ benförmiger Dauermagnet 24 auf einen oberen Ansatz 25 des Fe­ dertellers 11 aufgesetzt und hier mit einer aufgespritzten Kunststoffkappe 26 gehalten. Ein Teil des Flusses des Dauermag­ neten 24 verläuft auch in dem für die Spule 16 maßgebenden magnetischen Kreis, sodaß die beschriebene Änderung des Ar­ beitsluftspaltes l ein gut auswertbares Induktionssignal her­ vorruft. Es versteht sich, daß ein Dauermagnet auch an ande­ rer Stelle in der Düse angeordnet sein kann, soferne hiedurch eine ausreichende Vormagnetisierung des für die Spule 16 maß­ gebenden Magnetkreises erzielt wird. Beispielsweise kann der Ring 21 als Magnet ausgebildet sein. Ebenso können mehrere Mag­ nete verwendet werden, bzw. kann der Dauermagnet in oder an der Zwischenplatte 4 vorgesehen sein.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform entspricht in wesentli­ chen Teilen der in Fig. 1 gezeigten und es werden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet, was auch für die noch folgenden Figuren gilt. Die Spule 16 mit ihrem Spulenhalter 17 ist hier in eine Umfangsnut 27 der Zwischenplatte 4 eingelegt und in einer dem Düsenkörper 1 zugewandten Ausnehmung der Zwi­ schenplatte 4 ist eine scheibenförmige Einlage 28 aus nicht ferromagnetischem Material angeordnet, die sich von der Spule 16 bis zu der Ausnehmung 22, die an den Arbeitsluftspalt l an­ schließt, erstreckt. Wie aus der eingezeichneten, repräsenta­ tiven Feldlinie b hervorgeht, verläuft der Fluß außen im we­ sentlichen über das Gehäuse 13. Auch bei dieser, wie bei den folgenden Ausführungsformen kann an geeigneter Stelle ein Dauermagnet vorgesehen sein. Die Funktion ist die gleiche, wie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3a sitzt die Spule 16 mit einem Spulenhalter 17 wie nach Fig. 1 in einer Ringnut 15 der Zwischenplatte 4. Die Ringnut 15 ist hier jedoch nicht durch eine Zwischenlage zur Ausnehmung 22 hin abgedeckt. Zur Fluß­ rückführung dienen bei dieser Ausführung in erster Linie Zen­ trierstifte 29, die in entsprechende Sackbohrungen der Zwi­ schenplatte 4 bzw. des Düsenkörpers 1 eingesetzt sind und bei­ spielsweise aus Stahl bestehen. Diese Zentrierstifte 29 dienen außerdem zum winkelrichtigen Zentrieren der Zwischenplatte 4 bezüglich des Düsenkörpers 1. Auch zum Zentrieren der Platte 4 bezüglich des Düsenhalters 8 können Zentrierstifte vorgese­ hen sein. Das winkelrichtige Zentrieren ist vor allem wegen des Treibstoffkanals 14 (siehe Fig. 1) erforderlich, da die entsprechenden Bohrungen ineinander übergehen müssen. Der Flußverlauf ist durch eine Feldlinie b angedeutet.

Die in Fig. 3b dargestellte Ausführungsform der Erfindung un­ terscheidet sich von jener nach Fig. 3a dadurch, daß - wie nach Fig. 1 - eine Zwischenlage 20 aus nicht ferromagnetischem Material vorgesehen ist. Außerdem sind die Ringnut 15 und der Spulenhalter 16 etwas anders ausgeführt.

Die Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich von den vorgehend beschriebenen Ausführungsformen vor allem dadurch, daß die Spule 30 nicht konzentrisch zur Düsenachse a verläuft sondern radial nach außen versetzt ist. Die Spule 30 samt ei­ nem Spulenkörper 31 ist in eine zum Rand hin offene Ausnehmung 32 der Zwischenplatte 4 eingesetzt. Ein Kernstift 33 aus fer­ romagnetischem Material verläuft von der Zwischenplatte 4 durch die Mitte der Spule bis in den Düsenkörper 1. Die Achse des Kernstiftes 33 fällt mit der Spulenachse s zusammen. Der Kernstift 33 sitzt mit Preßpassung in einer entsprechenden Bohrung der Zwischenplatte und greift mit möglichst geringem Spiel in eine Bohrung des Düsenkörpers 1 ein. In eine Ausneh­ mung der Zwischenplatte 4 ist - ähnlich wie bei der Ausführung nach Fig. 2 - eine scheibenförmige Einlage 34 aus nicht ferro­ magnetischem Material eingelegt. Die Anschlußdrähte der Spule 30 sind mit Kontaktstiften 35 verbunden, die in den Raum zwischen Gehäuse 13 und Zwischenplatte 4 führen. Von hier kann eine nicht gezeigte Leitung aus dem Gehäuse 13 führen. Eine für den hier maßgeblichen Flußverlauf repräsentative Feldlinie b ist strichliert eingezeichnet. Auch bei dieser, nicht rotationssymmetrisch bezüglich der Düsenachse a aus­ gebildeten Ausführung ist die Funktion die gleiche, wie im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsformen besprochen. Soferne außer dem Kernstift 33 Paßstifte zum Zentrieren der Zwischenplatte 4 verwendet werden, sollten solche Paßstifte aus nicht ferromagnetischem Material bestehen, um uner­ wünschte magnetische Nebenschlüsse zu vermeiden.

Claims (16)

1. Kraftstoff-Einspritzdüse mit Nadelhubsensor, mit einem Düsenkörper und einem an diesen über eine aus ferro­ magnetischem Material bestehende Zwischenplatte anschließen­ den Düsenhalter, mit einer in dem Düsenkörper geführten Düsennadel, deren äußerem Ende ein Ventilsitz im Düsen­ körper zugeordnet ist und die an ihrem inneren Ende unter Bildung einer einspringenden Ringschulter mit einem unter Belassung eines radialen Luftspaltes in bzw. durch eine Bohrung der Zwischenplatte reichenden Druckzapfen versehen ist, wobei bei geschlossener Düsennadel zwischen der Ring­ schulter und der Zwischenplatte ein Luftspalt verbleibt, mit einer in dem Düsenhalter vorgesehenen Druckfeder, die über einen Federteller und einen Druckbolzen auf den Druck­ zapfen der Düsennadel entgegen deren Öffnungsbewegung wirkt, und mit einer an der Zwischenscheibe angeordneten Induktionsspule, in welcher durch Änderung der Reluktanz ihres Magnetkreises bei der Ventilbewegung ein Nadelhub­ signal induziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (16, 30) von der ausschließlich von dem ferromagne­ tischem Material der Zwischenplatte (4) begrenzten Bohrung (5) radial entfernt angeordnet ist, wobei der für den Magnetkreis maßgebende Fluß über den zwischen der Spule (16, 30) und der Bohrung (5) gelegenen Abschnitt (19) der Zwischenplatte (4) und über den Arbeitsluftspalt (l) zwischen der Ringschulter (23) und der Zwischenplatte (4) verläuft.

2. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der der Zwischenplatte (4) zugewandten Stirnfläche des Düsenkörpers (1) eine von der Lagerbohrung (2) der Düsennadel (3) ausgehende ringförmige Ausnehmung (22) vorgesehen ist.

3. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zwischenplatte (4) eine Einlage (28, 34) aus nicht ferromagnetischem Material angeordnet ist, die sich von der Spule (16, 30) bis in den Bereich des Arbeits­ luftspaltes (l) erstreckt.

4. Kraftstoff-Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Düsenkörper (1) und der Zwischenplatte (4) eine Zwischenlage (20) aus nicht ferromagnetischem Material angeordnet ist.

5. Kraftstoff-Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenplatte (4) zur Flußrückführung mit dem Düsenkörper (1) über zumindest ein Leitstück (21) aus ferromagnetischem Material verbunden ist.

6. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Leitstück (21) als peripherer Ring aus­ gebildet ist.

7. Kraftstoff-Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (16) konzentrisch zur Düsenachse (a) angeordnet ist, wobei Spulenachse und Dü­ senachse (a) zusammenfallen.

8. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spule (16) in einer Ringnut (15) der Zwi­ schenplatte (4) angeordnet ist.

9. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spule (16) in einer Umfangsnut (27) der Zwischenplatte (4) angeordnet ist.

10. Kraftstoff-Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (s) der Spule (30) bezüglich der Düsenachse (a) radial versetzt ist.

11. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spule (30) von einem Kernstift (33) aus ferromagnetischem Material durchsetzt ist, der sich von der Zwischenplatte (4) bis in den Düsenkörper (1) erstreckt.

12. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kernstift (33) mit Preßpassung in der Zwischenplatte (4) sitzt und mit geringem Spiel in eine Bohrung des Düsenkörpers (1) eingreift.

13. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 11 oder 12, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Düsenkörper (1) und der Zwischenplatte (4) zumindest ein Paßstift aus nicht ferromagnetischem Material vorgesehen ist.

14. Kraftstoff-Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (30) in einer zum Rand hin offenen Ausnehmung (32) der Zwischenplatte (4) an­ geordnet ist.

15. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in bzw. an der Zwischenplat­ te (4) ein Dauermagnet angeordnet ist.

16. Kraftstoff-Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dauermagnet (24) auf dem Federteller (11) angeordnet ist.