-
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 oder 7.
-
Bei den meisten Kraftstoffversorgungssystemen,
die bei Innenverbrennungsmotoren verwendbar sind, werden Kraftstoffinjektoren
verwendet, um Kraftstoffpulse in den Verbrennungsraum des Motors zu
leiten. Ein häufig
verwendeter Injektor ist ein Injektor mit geschlossener Düse, der
eine Düseneinrichtung
mit einem durch Federkraft vorgespannten Düsenventilelement angrenzend
an die Düsenöffnung besitzt,
um Auspuffgas daran zu hindern, in die Pump- oder Dosierkammer des
Injektors zu gelangen und gleichzeitig dem Kraftstoff zu ermöglichen,
in die Zylinder eingespritzt zu werden. Das Düsenventilelement dient ferner
dazu, ein gezieltes, abruptes Ende der Kraftstoffeinspritzung zu
bewirken und dadurch eine sekundäre
Einspritzung zu verhindern, die unverbrannte Kohlenwasserstoffe
im Abgas verursacht. Das Düsenventil
ist in einem Düsenhohlraum angeordnet
und durch eine Düsenfeder
vorgespannt, um Kraftstofffluß durch
die Düsenöffnungen
zu blockieren. Wenn in vielen Kraftstoffsystemen der Kraftstoffdruck
in dem Düsenhohlraum
die Vorspannkraft der Düszum
Beispieluenfeder übersteigt,
dann bewegt sich das Düsenventilelement
nach außen,
um zu gestatten, daß Kraftstoff
durch die Düsenöffnungen
strömt,
wodurch der Einspritzbeginn markiert wird.
-
In einer anderen Art von System,
so wie in der
US 5,819,704
A offenbart, wird der Beginn der Einspritzung durch ein
servogesteuertes Düsenventilelement
gesteuert. Der Aufbau enthält
ein angrenzend an das äußere Ende
des Düsenventilelements angeordnetes
Steuervolumen, einen Ableitungskreis, um Kraftstoff vom Steuervolumen
zu einem Niederdruckableitungskanal abzuleiten, und ein am Ableitungskreis
angeordnetes Einspritzsteuerventil zur Steuerung des Kraftstoffflusses
durch den Ableitungskreis, um so die Bewegung des Düsenventilelements
zwischen offenen und geschlossenen Stellungen zu bewirken. Das Öffnen des
Einspritzsteuerventils verursacht einen Kraftstoffdruckabfall in
dem Steuervolumen, mit der Folge einer Druckdifferenz, welche das
Düsenventil
in die offene Stellung zwingt, und das Schließen des Einspritzsteuerventils
verursacht einen Druckanstieg im Steuervolumen und das Schließen des
Düsenventils.
Die
US 5,860,597 A offenbart
einen ähnlichen,
servogesteuerten Düsenaufbau
für einen
Kraftstoffinjektor, der einen Ableitungsfluß durch einen Ableitungskreis
steuert durch Positionierung des Steuerventilelements relativ zum Ventil.
-
Die vorstehend beschriebenen servogesteuerten
Düsenventilinjektoren
wirken auch effektiv, um die Verlustenergie zu minimieren durch
Beseitigung von Leckagepfaden bei Düsenventilführungen und Steuerkolben zur
Ableitung. Dieser Vorteil wird erzielt durch Verwendung einer unter
Druck stehenden Federkammer, die typischerweise in Fluidverbindung mit
dem Düsenventilhohlraum
steht. Als Folge der Verwendung einer unter Druck stehenden Federkammer
müssen
das Düsenventilelement
und der Steuerkolben verbunden oder einstückig ausgebildet sein, um den
Betrieb zu ermöglichen.
Infolgedessen besteht die Notwendigkeit für eine präzise Ausrichtung zwischen Führungsoberflächen und
Sitz des Düsenventilelements
und der Steuerkolbenbohrung. 1 veranschaulicht
einen konventionellen servogesteuerten Injektor 10 mit
einem Einspritzsteuerventil 12 zur Steuerung der zeitlich
richtigen Einstellung und Dosierung der Einspritzung durch Steuerung
des Ableitungsflusses des Kraftstoffs von einer Steuerkammer 14.
Der Injektor 10 enthält
ferner ein Düsenventilelement 16 und
einen damit einstückig ausgebildeten
Steuerkolben 18. Ein Präzisionsringdübel 20 wird
verwendet, um das Düsengehäuse 22, welches
die Düsenventilführungsflächen 24 und
den -sitz 26 bildet, und die durch den Injektorkörper 30 gebildete
Steuerkolbenbohrung 28 zueinander auszurichten. Jedoch
selbst bei teurer Präzisionsbearbeitung
richtet diese Konstruktion nicht ausreichend die verschiedenen Führungsflächen des
Düsengehäuses und
der Steuerkolbenbohrung zueinander aus. Diese mangelnde Ausrichtung
verursacht unerwünschterweise
bei dem Düsenventilelement übermäßige Reibung,
Verschleiß und
schließlich
sogar Haftung. Zusätzlich
kann nachteilhafterweise ein unsymmetrisches Sprühmuster bei Ventilüberdeckten-Öffnungstyp-Düsenventilen
resultieren, wodurch die Verbrennung nachteilig beeinflußt wird.
-
Die
US 4,798,186 A offenbart einen düsengesteuerten
Kraftstoffinjektor mit einem Steuervolumen, das durch ein am äußeren Ende
des Düsenventilelements
angeordnetes Teil gebildet ist. Dieses Teil ist an seinem äußeren Umfang
nicht geführt,
um eine im wesentlichen leckagefreie, abgedichtete Konstruktion
sowie eine ungehinderte axiale Bewegung des Injektordüsen ventils
zu ermöglichen
und dadurch unerwünschte
Reibungskräfte
zu vermeiden, die auftreten würden
im Falle aller engen Passungen, die notwendig sind für einen
Dichtsitz nicht vollkommen konzentrischer Teile. Das Teil umschließt das äußere Ende
des Düsenventilelements
vollkommen. Das Teil wird nur durch die Kraftstoffdruckvorspannkraft
des Steuervolumens in Kontakt mit einer glatten, unteren Fläche einer
Auflage gebracht. Wenn das Steuerventil öffnet und Kraftstoff aus dem
Steuervolumen ableitet und dadurch den Druck des Steuervolumens
absenkt, dann sinkt die Vorspannkraft, die das Teil an die glatte,
untere Fläche
der Auflage drückt,
erheblich. Wenn das Steuerventil geschlossen ist, sind die durch
Kraftstoffdruck induzierten Vorspannkräfte, die auf das Teil einwirken,
erheblich und verhindern dadurch eine seitliche Bewegung des Teils.
Auch trennen zwei ringförmige
Leckagekanäle (
63,
69)
die Zonen hohen Drucks in dem Federhohlraum und der Steuerkammer.
Bei hohen Drücken kann
diese Leckage in die Ableitung erheblich sein.
-
Die US Nr. 5,067,658 A offenbart
einen düsengesteuerten
Injektor mit einer am äußeren Ende eines
Düsenplungers
angeordneten Steuerkammer sowie eine Kopfbuchse, um das äußere Ende
des Plungers gleitend aufzunehmen. Das äußere Ende der Buchse dient
zur Abdichtung der Steuerkammer. Zusätzlich wird ein elastisches
Element eingesetzt, um die Kopfbuchse durch spielfreie Montage fest
anzuordnen. Indessen ist die Kopfbuchse in einer axialen Bohrung
mit einer ausreichend engen Passung angeordnet, daß eine axiale
Nut in der Buchse erforderlich ist, um Kraftstofffluß durch
die enge Passung zu ermöglichen.
Deshalb gestattet diese Konstruktion auch kein ausreichendes seitliches
Spiel der Kopfbuchse, um mangelnde Axialität auszugleichen.
-
Die
US 4,605,166 A ist angeführt, weil es einen Injektor
mit einem Düsenventilelement
und einer an einem äußeren Ende
des Düsenventilelements montierten
Buchse offenbart, wobei die Buchse dichtend an einem Träger angreift
bzw. anliegt, wobei sie durch eine Feder in Anlage vorgespannt ist,
die auch das Düsenventilelement
in eine geschlossene Stellung vorspannt. Jedoch dient der Kragen
oder die Buchse als Rückschlagventil
und ist daher axial bewegbar.
-
Die
US 5,685,483 A und die
US 4,572,433 A , die einen
ersten Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung bilden, offenbaren
Kraftstoffinjektoren mit Dü senventilelementen,
die jeweils einen Steuerkolben mit einer zugeordneten, radial beweglichen Buchse
aufweisen. Die Buchse ist endseitig offen und begrenzt zusammen
mit dem stirnseitigen Ende des Steuerkolbens und einer Anlagefläche, an
der die Buchse axial anliegt, eine Steuerkammer, die einer Steuerung
des Düsenventilelements
dient. Hierbei ist nachteilig, daß Abweichungen der Achse des Düsenventilelements
bzw. Steuerkolbens von der Senkrechten der Anlagefläche zu unverwünschter Reibung
zwischen Buchse und Steuerkolben und zu unerwünschten Undichtigkeiten der
Steuerkammer führen.
-
Die
US 4,798,186 A , die einen zweiten Ausgangspunkt
der vorliegenden Erfindung bildet, offenbart einen ähnlichen
Aufbau, wobei die Buchse endseitig geschlossen ist und zwischen
dem geschlossenen Ende der Buchse und dem Steuerkolben die Steuerkammer
gebildet ist. Hierbei ist nachteilig, daß Abweichungen der Achse des
Düsenventilelements bzw.
des Steuerkolbens von der Senkrechten der axialen Anlagefläche zu einer
unerwünschten
Erhöhung der
Reibung und zu Undichtigkeiten im Ableitungskreis der Steuerkammer
führen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, einen Injektor mit geschlossener Düse zur Einspritzung
von Kraftstoff mit hohen Druck in den Verbrennungsraum eines Innenverbrennungsmotors mit
schwimmender Buchse für
einen Steuerkolben eines Düsenventilelements
anzugeben, wobei Abweichungen der Achse des Düsenventilelements bzw. des
Steuerkolbens von der Senkrechten zu einer axialen Anlagefläche der
Buchse ausgeglichen werden können
und eine feste Anlage der Buchse und dadurch eine wirksamere Abdichtung
der Steuerkammer ermöglicht
werden.
-
Die obige Aufgabe wird durch einen
Injektor gemäß Anspruch
1 oder 7 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist die Bereitstellung eines Kraftstoffinjektors ohne
ringförmige
Leckagekanäle
von den Zonen hohen Drucks zu der Niederdruckableitungszone zur Minimierung
von Energieverlusten durch unter Druck stehende Kraftstoffleckagen.
-
In einer Ausführungsform kann die schwimmende
Buchse einen Buchsensitzbereich und einen Hauptbuchsenbereich umfassen,
der in dichtendem Kontakt mit dem Buchsensitzbereich steht, um eine obere
Drehverbindung zu bilden. Die schwimmende Buchse kann einen Buchsenbereich
mit einem Federsitz umfassen, der in Kontakt mit dem Hauptbuchsenbereich
steht und eine untere Drehverbindung bildet. Der Hauptbuchsenbereich
ist dann axial zwischen dem Buchsensitzbereich und dem Buchsenbereich
des Federsitzes angeordnet.
-
In einer anderen Ausführungsform
kann die schwimmende Buchse einen Buchsensitzbereich umfassen, dessen
oberes Ende geschlossen ist und sowohl die Ableitungsdurchlaßöffnung als
auch den Zufuhrdurchlaß enthält und einen
Teil der Steuerkammer bildet. Ein Hauptbuchsenbereich steht in abdichtendem
Kontakt mit dem ersteren, um sowohl die obere Drehverbindung als
auch einen Teil der Steuerkammer zu bilden.
-
In einer weiteren Ausführungsform
kann die schwimmende Buchse eine erste Buchse umfassen sowie eine
zweite, die in abdichtendem Kontakt mit der ersten Buchse steht.
Die erste und die zweite Buchse können beide je eine Bohrung
aufweisen, mit der der Steuerkolben eine ausreichend enge Gleitpassung
aufweist, um eine Fluiddichtung zu bilden. Der Zufuhrdurchlaß kann auch
im Bereich des Buchsensitzes angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Steuerkolben
einstückig
mit dem Düsenventilelement ausgebildet.
-
1 ist
eine Schnittdarstellung eines konventionellen, servogesteuerten
Kraftstoffinjektors mit einem konventionellen Ringdübel für Ausrichtungszwecke;
-
2a ist
eine vergrößerte Schnittdarstellung
eines Teils eines noch zu verbessernden Kraftstoffinjektors, die
das Einspritzsteuerventilglied in der geschlossenen Stellung und
das Düsenventilelement in
der geschlossenen Stellung zeigt;
-
2b ist
eine vergrößerte Schnittdarstellung
eines Teils des Kraftstoffinjektors gemäß 2a, die das Einspritzsteuerventilglied
in der offenen Stellung und das Düsenventilelement in der offenen
Stellung zeigt;
-
3 ist
eine vergrößerte Schnittdarstellung einer
ersten Ausführungsform
des Kraftstoffinjektors der vorliegenden Erfindung mit einer zweiteiligen schwimmenden
Buchse;
-
4 ist
eine vergrößerte Schnittdarstellung einer
zweiten Ausführungsform
des Kraftstoffinjektors der vorliegenden Erfindung mit einem Buchsensitzbereich
in Form einer Drehverbindung;
-
5 ist
eine vergrößerte Schnittdarstellung einer
dritten Ausführungsform
des Kraftstoffinjektors der vorliegenden Erfindung mit zwei Sitzbereichen, die
mehrere Drehverbindungen bilden;
-
6 ist
eine vergrößerte Schnittdarstellung einer
vierten Ausführungsform
des Kraftstoffinjektors der vorliegenden Erfindung, der einen Buchsensitzbereich
mit einem geschlossenen oberen Ende aufweist, das einen Teil der
Steuerkammer bildet und sowohl die Ableitungsdurchlaßöffnung als
auch den Zufuhrdurchlaß umfaßt.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Durchgehend entsprechen in dieser
Anmeldung die Worte „innere", „innerste", äußere", „äußerste" den Richtungen,
beziehungsweise in Richtung auf den oder weg von dem Punkt, an welchem Kraftstoff
von einem Injektor tatsächlich
in den Verbrennungsraum eines Motors eingespritzt wird. Die Worte „obere" und „untere" beziehen sich auf
die Teile des Injektoraufbaus, die, wenn der Injektor betriebsbereit
an dem Motor angebracht ist, am weitesten vom Motorzylinder entfernt
sind beziehungsweise sich am nächsten
zum Motorzylinder befinden.
-
In 2 ist
ein Kraftstoffinjektor mit geschlossener Düse dargestellt, allgemein mit
100 bezeichnet, der wirksam eine genaue Steuerung der Kraftstoffdosierung
ermöglicht,
während
er Energieverluste minimiert, die durch Lek kagen von unter Druck
stehendem Kraftstoff am Injektor verursacht werden, und eine übermäßige Abnutzung
und Haftreibung der bewegbaren Teile des Injektors verhindert, wie
nachfolgend dargelegt wird. Der Kraftstoffinjektor 100 besteht
aus einem Injektorkörper 102 mit einer
im wesentlichen länglichen,
zylindrischen Form, die einen Injektorhohlraum 104 bildet.
Der untere Abschnitt des Kraftstoffinjektorkörpers 102 umfaßt einen
Aufbau mit geschlossener Düse,
allgemein mit 106 bezeichnet, der ein Düsenventilelement 108 umfaßt, das
reziprok bzw. hin- und hergehend eingebaut ist, um im Körper 102 gebildete
Einspritzöffnungen 110 zu öffnen und
zu schließen,
um dadurch den Fluß von
Einspritzkraftstoff in einen Motorverbrennungsraum (nicht dargestellt)
zu steuern.
-
Der Aufbau 106 mit geschlossener
Düse umfaßt ein Düsengehäuse 112 mit
einem Düsenhohlraum 114 zur
Aufnahme von unter Druck stehendem Kraftstoff zur Einspritzung durch
Einspritzöffnungen 110 und
eine Führungsbohrung 116.
Das Düsenventilelement 108 umfaßt axiale
Stege 118, die zur gleitenden Anlage gegen die Führungsbohrung 116 angeordnet
und dimensioniert sind, um der Führungsbohrung 116 zu
ermöglichen,
die hin- und hergehende Bewegung des Düsenventilelements 108 gleitend zu
unterstützen
und zu führen.
Die Stege 118 sind durch axiale Aussparungen 120 getrennt,
um den Fluß von
Hochdruckkraftstoff in den Düsenhohlraum 114 zu
ermöglichen.
-
Der Injektorkörper 102 umfaßt auch
eine Injektorbuchse 122 mit einem Federhohlraum 124.
Der Injektorkörper 102 umfaßt auch
einen Halter 126, in dem das Düsengehäuse 112 und der Zylinder 122 unter
Druck zusammengehalten werden. Die Buchse 122 hat ein Außengewinde
zum Eingriff eines entsprechenden Innengewindes am Halter 126,
um zu ermöglichen,
daß die
Komponenten durch einfache relative Drehung des Halters 126 gegenüber der
Zylinderbuchse 122 zusammengehalten werden. Eine Schraubenfeder 128 ist
im Federhohlraum 124 angeordnet, wobei ein Ende an einem
inneren Federsitz 130 und ein äußeres Ende an einem äußeren Federsitz 132 anliegt.
Der innere Federsitz 130 ist in Anlage an einer am Düsenventilelement 108 gebildeten Verdickung
angeordnet, damit die Feder 128 das Düsenventilelement 108 in
eine geschlossene Stellung, wie in 2a gezeigt,
vorspannen kann.
-
Der Kraftstoffinjektor mit geschlossener Düse 100 umfaßt ferner
eine Düsenventilelementsteueranordnung,
allgemein mit 134 bezeichnet, zur Steuerung der Bewegung des Düsenventilelements 108 zwischen
der geschlossenen Stellung gemäß 2a und der offenen Stellung
gemäß 2b und dann zurück in die
geschlossene Stellung, um auf diese Weise einen Einspritzvorgang
zu definieren, bei dem Kraftstoff durch Einspritzöffnungen 110 in den
Verbrennungsraum strömt.
Die Düsenventilelementsteueranordnung 134 umfaßt einen
Steuerkolben 136, der mit dem Düsenventilelement 108 verbunden,
d.h. einstückig
ausgebildet ist. Die Düsenventilelementsteueranordnung 134 umfaßt ferner eine
schwimmende Buchse 138 mit einer zentralen Bohrung 140 zur
Aufnahme des Steuerkolbens 136. Der äußere Durchmesser des Steuerkolbens 136 und
der innere Durchmesser der Bohrung 140 sind relativ zueinander
so dimensioniert, daß eine
enge Gleitpassung entsteht, die zur Bildung einer Fluiddichtung
ausreicht. Die Düsenventilelementsteueranordnung 134 umfaßt ferner
eine an einem äußeren Ende
der schwimmenden Buchse 138 gebildete Steuerkammer 142 zur
Aufnahme von Hochdruckkraftstoff. Die schwimmende Buchse 138 umfaßt ein inneres
Ende, das anliegend am äußeren Federsitz 132 angeordnet
ist, und ein äußeres offenes
Ende 144. Die schwimmende Buchse 138 hat im wesentlichen
eine zylindrische Form und weist eine das äußere offene Ende abdichtende
Oberfläche 146 auf, die
sich ringförmig
um das offene Ende 144 zur dauernden dichtenden Anlage
an einem Träger 148 des Injektorkörpers 102 erstreckt,
wodurch die Steuerkammer 142 gebildet wird. Ein äußeres Ende
des Steuerkolbens 136 erstreckt sich durch die Bohrung 140,
so daß es
dem Kraftstoffdruck der Steuerkammer 142 ausgesetzt ist.
Die Düsenventilelementsteueranordnung 134 umfaßt ferner
einen Zufuhrkreis 150 mit einer mit der schwimmenden Buchse 138 einstückig ausgebildeten
Zufuhrleitung, damit Hochdruckkraftstoff vom Kraftstoffeinlaß zur Steuerkammer 142 geleitet
werden kann. Der Zufuhrdurchlaß 150 umfaßt eine Öffnung,
die die Kraftstoffmenge, die durch den Zufuhrdurchlaß fließen kann,
begrenzt. Die Düsenventilelementsteueranordnung 134 umfaßt auch
einen Ableitungskreis 152 und ein Einspritzsteuerventil,
allgemein mit 12 bezeichnet, zur Steuerung des Kraftstoffflusses
von der Steuerkammer 142 durch den Ableitungskreis 152 zu
einer Niederdruckableitung. Der Ableitungskreis 152 umfaßt einen
Ableitungsdurchlaß 154,
der sich durch den Träger 148 erstreckt
und an einem Ende mit der Steuerkammer 142 verbunden ist.
Der Ableitungskreis 152 kann eine Öffnung enthalten, um den Ableitungs fluß durch
den Ableitungskreis präziser
zu steuern. Das Einspritzsteuerventil 12 kann auch jede
konventionelle Stellgliedeinrichtung umfassen, die die Bewegungen
des Einspritzsteuerventilelements 156 selektiv steuern
kann. Das Einspritzsteuerventil 12 kann zum Beispiel, wie
in 1 dargestellt, einen
konventionellen, elektromagnetischen Aktuator oder alternativ einen
Aktuatoraufbau des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Typs
umfassen.
-
Wichtig ist, daß die schwimmende Buchse 138 wirkungsvoll übermäßige Reibung
und Abrieb und dadurch Haftung des Steuerkolbens 136 und
des Düsenventilelements 108 auf
folgende Art minimiert. Die schwimmende Buchse 138 ist
mit einem äußeren Durchmesser
ausgebildet, der ausreichend kleiner als der innere Durchmesser
der Hohlraumwand 160 ist, in der die schwimmende Buchse 138 angeordnet ist.
Daher befindet sich zwischen der äußeren Oberfläche der
schwimmenden Buchse 138 und der Hohlraumwand 160 ein
radialer Zwischenraum, so daß über die
gesamte axiale Länge
der schwimmenden Buchse 138 ein Spalt 162 entsteht,
der ausreicht, um der schwimmenden Buchse 138 zu ermöglichen,
sich zu bewegen, sich in radialer Richtung auszudehnen oder zusammenzuziehen
als Folge beispielsweise von hohen Druckkräften in Steuerkammer 142.
Auch sind bei der schwimmenden Buchse 138 teure Bauteile
und Verfahren überflüssig, die
für eine
wirkungsvolle Ausrichtung der Führungsbohrung 116 und Steuerkolbenbohrungen
konventioneller servogesteuerter Düsenventileinrichtungen mit
einteiliger Steuerkolben- und Düsenventilelementkonstruktion notwendig
sind. Möglich
sind insbesondere sowohl eine unbehinderte radiale Expansion als
auch Kontraktion und seitliche oder quer verlaufende Bewegungen
der schwimmenden Buchse 138, da die äußere Oberfläche der schwimmenden Buchse 138 keinen
engen Passsitz mit der Hohlraumwand 160 bildet. Bei konventionellen
Injektoren befindet sich die Steuerkolbenbohrung entweder in der äußeren Buchse
des Injektors oder in einem fest mit dem Injektorkörper verbundenen
Bauteil, so daß dadurch eine
seitliche Bewegung oder eine Ausdehnung der Steuerkolbenbohrung
verhindert wird. Wenn ein einstückiges
Düsenventilelement
mit Steuerkolben verwendet wird, welches geführt wird durch getrennte Führungsflächen in
unterschiedlichen Bauteilen des Injektorkörpers, die starr miteinander
verbunden sind, wie es bei konventionellen Injektoren üblich ist, dann
müssen
die Führungsflächen sehr
präzise
ausgerichtet sein, um dem einstückigen
Düsenventilelement
mit dem Steuerkolben in den zwei Führungs bohrungen oder Oberflächen eine
gleichmäßige, ruhige
Hin- und Herbewegung ohne übermäßige Reibung
oder Abnutzung zu ermöglichen,
um eine Haftung zu vermeiden und einen korrekten Betrieb über die
Zeit zu gewährleisten.
Daher erfordern viele konventionelle Injektorkonstruktionen bzw.
-aufbauten eine teure Präzisionsbearbeitung
und den Einsatz zusätzlicher
Komponenten, zum Beispiel des Präzisionsringdübels 20 von 1, um eine korrekte Ausrichtung
sicherzustellen. Indessen vermeidet die schwimmende Buchse 138 der
vorliegenden Erfindung jede Notwendigkeit der Ausrichtung von Bohrungen
und erlaubt, den Steuerkolben 136 und die Steuerkammer 142 seitlich
so anzuordnen, wie es die Führungsbohrung 116 erfordert,
und dies ohne die Notwendigkeit der Ausrichtung der Bohrung 140 zur Bohrung 116.
Das bedeutet, daß die
schwimmende Buchse 138 die automatische Ausrichtung der
Bohrung 140 zur Führungsbohrung 116 ermöglicht,
woraus die schwimmende Steuerkammer 142 resultiert.
-
Die Vorteile der schwimmenden Buchse 138 der
vorliegenden Erfindung werden besser verstanden durch die nachfolgende
Beschreibung der Funktionsweise des Kraftstoffinjektors 100.
Bezugnehmend auf 2a ist
bei nicht betätigtem
Einspritzsteuerventil 12 das Einspritzsteuerventilelement 156 in
einer geschlossenen Stellung gegen den Träger 148 angeordnet,
um so den Ableitungsfluß aus
der Steuerkammer 142 durch den Ableitungsdurchlaß 154 zu
unterbrechen. Als Folge davon liegt das im Kraftstoffeinlaß, im Federhohlraum 124 und
im Düsenhohlraum 114 bestehende
Kraftstoffdruckniveau auch in der Steuerkammer 142 vor.
Bei gleichem Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 142 und
im Federhohlraum 124 wirken die Kraftstoffkräfte zusammen
mit der Vorspannkraft der Feder 128 nach innen auf das
Düsenventilelement 108,
halten das Düsenventilelement 108 in
seiner geschlossenen Stellung und blockieren einen Fluß durch
die Einspritzöffnungen 110,
wie in 2a dargestellt.
Wichtig ist, da die Vorspannfeder 128 die einzige Kraft
bereitstellt, die die Dichtfläche
des offenen Endes 146 der schwimmenden Buchse 138 in
abdichtender Anlage gegen den Träger 148 hält, daß sich die
schwimmende Buchse 138 in Quer- oder Radialrichtung bewegen kann,
wodurch eine Quer- oder Radialbewegung der Steuerkammer 142 gestattet
wird und dadurch Düsenventilbiegung,
-reibung und -abrieb minimiert werden.
-
Während
des Betriebs des Motors wird zu einem festgelegten Zeitpunkt das
Einspritzsteuerventil 12 betätigt, um kontrolliert das Steuerventilglied 156 von
der in 2a dargestellten
geschlossenen Stellung in eine in 2b dargestellte
offene Stellung zu bringen und dadurch den Fluß des Kraftstoffs von der Steuerkammer 142 durch
den Ableitungsdurchlaß 154 zu
einer Niederdruckableitung zu ermöglichen. Gleichzeitig fließt Hochdruckkraftstoff
von einem Zufuhrkreis 150 über die Öffnung des Zufuhrdurchlasses
in die Steuerkammer 142 mit dem unmittelbaren Ergebnis
eines Druckabfalls über
die Zufuhrdurchlaßöffnung.
Als Folge fällt
der Druck in der Steuerkammer 142 unmittelbar unter den
Druck im Zufuhrkreis 150, Federhohlraum 124 und
Düsenventilhohlraum 114.
Die relative Größe der Zufuhrdurchlaßöffnung,
der Ableitungsdurchlaßöffnung und
der Drosselung durch das Steuerventil können so gewählt werden, daß der Fluß aus dem
Ableitungsdurchlaß 154,
der wiederum seinerseits den Druck in der Steuerkammer und die Frequenz
seines Wechsels steigen oder fallen läßt, nach Wunsch optimiert wird. Kraftstoffdruckkräfte, die
wegen des Hochdruckkraftstoffs im Düsenhohlraum 114 und
im Federhohlraum 124 auf das Düsenventilelement 108 einwirken,
bewegen das Düsenventilelement 108 nach
außen
gegen die Vorspannkraft von Feder 128 in die offene Stellung,
wie in 2b dargestellt.
Wichtig ist, daß der
reduzierte Druck in der Steuerkammer auch zu einer hohen Kraftstoffdruckkraft
führt,
die die schwimmende Buchse 138 in Anlage gegen den Träger 148 hält. Folglich
verstärkt
diese kraftstoffdruckinduzierte Vorspannkraft den abdichtenden Kontakt
zwischen der Dichtfläche
mit offenem Ende 146 der schwimmenden Buchse 138 und
dem Träger 148,
um Kraftstoffleckagen an dieser Schnittstelle zwischen Buchse und
Träger
zu minimieren. Der Durchmesser der schwimmenden Buchse vergrößert und
verringert sich mit dem Wechsel des Steuerkammerdrucks, je nach
dem ob der Kraftstoffinjektor betätigt und nicht betätigt wird.
Diese Expansion und Kontraktion der schwimmenden Buchse 138 führt zu einem
dynamischen Reibungskoeffizienten an der Schnittstelle zwischen
der Dichtfläche
mit offenem Ende 146 und Träger 148, welcher kleiner
ist als ein statischer Reibungskoeffizient. Wichtig ist, daß daher
dieser sich aus der Konstruktion der schwimmenden Buchse 138 der
vorliegenden Erfindung ergebende dynamische Reibungskoeffizient
bedeutend dazu beiträgt, Biegung
und Verschleiß des
Steuerkolbens und Düsenventilelements
zu minimieren, da sich die schwimmende Buchse 138 freier
bewegen kann, um Fehler in der Ausrichtung bzw. Axialität zwischen Führungsflä chen/-bohrungen
auszugleichen. Die Dichtfläche 146 am
offenen Ende kann konstruktiv mit einem geeigneten Querschnitt durch
Wahl der inneren und äußeren Durchmesser
der schwimmenden Buchse 138 versehen werden, so daß sich eine optimale
Kraft- und Kontaktfläche
ergeben. Bei Nichtbetätigung
des Einspritzsteuerventils 12 bewegt sich das Steuerventilelement 156 zurück in die
geschlossene Stellung und verursacht einen Wiederanstieg des Drucks
in der Steuerkammer 142 und eine Bewegung des Düsenventilelements 108 in
die geschlossene Stellung gem. 2a.
-
3 veranschaulicht
eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die der vorstehenden Ausführungsform ähnlich ist
mit der Ausnahme, daß anstatt
der einteiligen schwimmenden Buchse eine mehrteilige schwimmende
Buchse 200 verwendet wird. Die mehrteilige schwimmende
Buchse 200 umfaßt
eine erste Buchse 202 mit einer Bohrung 204, einem
offenen Ende 206 und einer ringförmigen, das offene Ende abdichtenden
Oberfläche 208.
Die schwimmende Buchse 200 umfaßt auch eine zweite Buchse 210,
die am unteren Ende der ersten Buchse 202 anliegend angeordnet
ist. Die zweite Buchse 210 umfaßt auch eine Bohrung 212 zur
Aufnahme des Steuerkolbens 136, der sich durch die Bohrung 212 und
Bohrung 204 erstreckt. Obwohl die vorherbeschriebene Ausführungsform
eine wirkungsvolle schwimmende Buchse und schwimmende Steuerkammer
geschaffen hat, bei der die Notwendigkeit entfällt, Führungsflächen des Düsenventilelements auszurichten,
können
Fehler in der Senkrechten zwischen der Steuerkolben- und Düsenventilelementachse
und der das offene Ende abdichtenden Oberfläche 208 oder der gegenüberliegenden, am
Träger
gebildeten Dichtfläche
auftreten. Bei der auf den Steuerkolben 136 montierten
schwimmenden Buchse 138 der vorherigen Ausführungsform sollte
die das offene Ende abdichtende Oberfläche 146 in bündig ringförmig abdichtender
Anlage am Träger 148 eingebaut
sein, wenn der Träger 148 und die
das offene Ende abdichtende Oberfläche 208 senkrecht
zur Steuerkolben- und Düsenventilelementachse
sind. In einigen Fällen
jedoch kann die Achse des Steuerkolbens 136 relativ bzw.
schief zur Oberfläche
des Trägers 148 angeordnet
sein, d.h. nicht senkrecht, so daß die das offene Ende abdichtende
Oberfläche 146 nicht
ausreichend auf dem Träger 148 aufliegt.
Die vorliegende Ausführungsform kompensiert
Unterschiede bei Toleranzen und Fehler in der Senkrechten zwischen
Steuerkolben- und Düsenventilelementachse
und der Sitzfläche
des Trägers
und der das offene Ende abdichten den Oberfläche 208. Die verglichen
mit einer einteiligen Buchse derselben Gesamtlänge geringeren Längen jeder
der beiden Buchsen 202 und 210 ermöglichen.
der ersten Buchse 202, diese Fehler in der Senkrechten durch
leichtes Verschieben auszugleichen, um eine feste Anlage am Träger mit
der Auflage und dadurch eine möglicherweise
wirksamere Dichtung zur Bildung der Steuerkammer 142 herzustellen.
-
4 veranschaulicht
noch eine zweite Ausführungsform
der schwimmenden Buchse der vorliegenden Erfindung, allgemein mit
250 bezeichnet, die einen Hauptbuchsenabschnitt 252 und
einen getrennten Buchsensitzbereich 254 umfaßt, der
am Hauptbuchsenabschnitt 252 anliegend angeordnet ist und
dadurch eine obere Drehverbindung 256 bildet. Der Buchsensitzbereich 254 entspricht
dem oberen Abschnitt der in den 2a und 2b dargestellten Ausführungsform
mit der Ausnahme, daß der
Buchsensitzbereich 254 von sehr geringer Länge ist
und eine untere konische oder halbsphärische Oberfläche 258 umfaßt. Der
Hauptbuchsenabschnitt 252 umfaßt eine obere ringförmige, halbsphärische Oberfläche 260 mit
einer komplementären
Form zur Oberfläche 258,
um so ein genügend
eng dichtendes Teil zu bilden und gleichzeitig eine drehende Bewegung zwischen
dem Buchsensitzbereich 254 und dem Hauptbuchsenabschnitt 252 zu
ermöglichen.
Wichtig ist, daß der
Buchsensitzbereich 254 auch eine innere Bohrung 262 mit
einem ausreichend größeren Durchmesser
als der Durchmesser des Steuerkolbens 136 hat, so daß eine seitliche
Verschiebung oder Drehung des Buchsensitzbereichs 245 möglich ist.
Im Ergebnis kompensiert die vorliegende Drehausführungsform der schwimmenden
Buchse 250 wirkungsvoll Fehler in der Senkrechten zwischen Steuerkolben/Düsenventil
und der Dichtfläche
auf dem Träger
und ermöglicht
dadurch eine Querbewegung und -ausdehnung der schwimmenden Buchse 250 und
folglich der Steuerkammer 142, wobei eine wirkungsvolle
Abdichtung der Schnittstelle von Buchse 250 und Träger sichergestellt
ist.
-
5 offenbart
eine dritte Ausführungsform, die
eine schwimmende Buchse 280 umfaßt, die der schwimmenden Buchse
der vorherigen Ausführungsform
sehr ähnlich
ist, weil sie einen Buchsensitzbereich 282 umfaßt, der
eine Drehverbindung 284 mit einem Hauptbuchsenabschnitt 286 bildet.
Jedoch umfaßt
die vorliegende Ausführungsform
auch einen von dem Hauptbuchsenabschnitt 286 getrennten
Federbuchsenabschnitt 288, der aber mit dem Hauptbuchsen abschnitt 286 in
Kontakt steht und eine der oberen Verbindung 282 entsprechende untere
Drehverbindung 290 bildet. Die untere Drehverbindung 290 ist
durch eine obere ringförmige
halbsphärische, auf
dem Federbuchsenabschnitt 288 gebildete Fläche gebildet,
die in komplementärer
Weise an einer unteren, konischen oder ringförmig-halbsphärischen, am
Hauptbuchsenabschnitts 286 gebildeten Fläche anliegt.
Der Buchsensitzbereich 282 und der Federbuchsenabschnitt 288 enthalten
beide eine Bohrung zur Aufnahme des Steuerkolbens/Düsenventils,
deren Durchmesser ausreichend größer ist
als der Durchmesser des Steuerkolbens, um auf diese Weise Drehungen
der betreffenden Bereiche zu ermöglichen.
Diese Ausführungsform
kompensiert nicht nur vertikale Fehler zwischen Steuerkolben/Düsenventil und
der Dichtfläche
des Trägers,
sondern reduziert auch die seitliche Belastung der schwimmenden Buchse 280 durch
nichtaxiale Kräfte,
die durch die Vorspannkräfte
der Feder 128 erzeugt werden. Das bedeutet, wenn die Schnittstelle
des unteren Endes der schwimmenden Buchse mit dem äußeren Federsitz 132 nicht
bündig
abschließt
und wenn gleichermaßen
das obere Ende der Feder 128 nicht bündig auf dem äußeren Federsitz 132 sitzt
bzw. aufliegt, dann werden leichte nichtaxiale Kräfte auf
die schwimmende Buchse übertragen.
Die schwimmende Buchse 280 der vorliegenden Ausführungsform kompensiert
wirkungsvoll diese Fehler in der Ausrichtung und die nichtaxialen
Kräfte.
-
6 offenbart
eine vierte Ausführungsform, die
eine schwimmende Buchse 300 umfaßt, die der schwimmenden Buchse
der vorhergehenden Ausführungsform
dadurch sehr ähnlich
ist, daß sie
einen Buchsensitzbereich 302 umfaßt, der eine obere Drehverbindung 304 mit
einem Hauptbuchsenbereich 306 bildet. Ferner umfaßt die schwimmende Buchse 300 einen
Federsitzbereich 308, der eine untere Drehverbindung 310 mit
dem Hauptbuchsenbereich 306 bildet. Der Buchsensitzbereich 302 der
vorliegenden Ausführungsform
umfaßt
jedoch ein. geschlossenes oberes Ende 312, das sowohl eine
Ableitungsdurchlaßöffnung 314 als
auch einen Zufuhrdurchlaß 316 umfaßt. Folglich
bildet der Buchsensitzbereich 302 einen Teil der Steuerkammer 318.
Wie in den vorherigen Ausführungsformen
wird der Buchsensitzbereich 302 in dichtender Anlage gegen
den Träger 148 gehalten.
-
INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
-
Es versteht sich, daß die vorliegende
Erfindung bei allen Innenverbrennungsmotoren angewendet werden kann,
die ein Kraftstoffeinspritzsystem verwenden sowie auf alle Injektoren
mit geschlossener Düse
einschließlich
der Injektoreinheiten. Diese Erfindung kann insbesondere bei Dieselmotoren
angewendet werden, die zur Minimierung von Emissionen auf eine genaue
Steuerung der Kraftstoffeinspritzung angewiesen sind. Derartige
Innenverbrennungsmotoren, die mit einem Kraftstoffinjektor entsprechend
der vorliegenden Erfindung ausgerüstet sind, können in
einem großen
Bereich in allen industriellen Sektoren, bei gewerblichen und nichtgewerblichen
Anwendungen, eingesetzt werden, einschließlich Lastwagen, Personenkraftwagen,
industriellen Ausrüstungen,
stationären
Kraftwerken u.a.