DE3638692A1 - Einspritzventil fuer die kraftstoffeinspritzung direkt in den zylinder eines verbrennungsmotors - Google Patents
Einspritzventil fuer die kraftstoffeinspritzung direkt in den zylinder eines verbrennungsmotorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil
für die Kraftstoffeinspritzung direkt in den
Zylinder eines Verbrennungsmotors nach dem
Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Die Eigenschaften des Strahles der aus einer
Düse in die Verbrennungskammer eingespritzten
Kraftstofftröpfchen haben einen wesentlichen
Einfluß auf den Wirkungsgrad der Verbrennung
des Kraftstoffes, der wiederum die Stabilität
des Motorbetriebes, die Ausnutzung des Kraftstoffes
und die Zusammensetzung der Abgase des Motors
beeinflußt. Um diese Einflußgrößen insbesondere
bei einem funkengezündeten Motor zu optimieren,
sind die wünschenswerten Charakteristiken
des Strahlmusters des aus der Düse heraus
tretenden Kraftstoffes eine kleine Kraftstoff
tröpfchengröße, eine gesteuerte Spritzweite
des Kraftstoffstrahles in die Verbrennungskammer
und zumindest bei niedrigen Motorlasten
eine relativ begrenzte gleichmäßig verteilte
Kraftstofftröpfchenwolke in der Nähe der
Zündkerze.
Bekannte für die Lieferung von Kraftstoff
direkt in die Verbrennungskammer eines Motors
dienende Einspritzventile sind als Teller
ventile ausgebildet, bei denen der Kraftstoff
in Form eines hohlen divergierenden konischen
Strahls austritt, wobei die Kraftstofftröpfchen
eine im allgemeinen kontinuierliche konische
Wand bilden, die sich von der Umfangskante
des Tellerventils erstreckt.
Die Beschaffenheit der Form des Kraftstoff
strahles hängt von einer Anzahl von Faktoren
ab, beispielsweise der Geometrie, der Öffnung
und des Ventilelementes, insbesondere die
Oberflächen der Öffnung und des Ventilelementes
unmittelbar stromabwärts vom Ventilsitz,
an dem die Öffnung und das Ventilelement
zur Bildung eines dichtenden Abschlusses
bei geschlossener Düse ineinandergreifen.
Wenn einmal die Düsengeometrie zur Erzielung
der verlangten Wirkung festgelegt ist, können
relativ geringe Abweichungen von dieser
Geometrie wesentlich ihre Wirkung verschlechtern.
Insbesondere das Anhaften oder der Aufbau von
festen Verbrennungsprodukten auf den Ober
flächen, über die der Kraftstoff fließt, ist
nachteilig für die gewünschte Wirkung der
Düse.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
ein Einspritzventil zur Einspritzung von
Kraftstoff in eine Verbrennungskammer eines
Motors zu schaffen, das Ablagerungen von
Feststoffen verringert bzw. ganz vermeidet.
Ausgehend von dieser Aufgabe wird erfindungs
gemäß ein Einspritzventil für die Kraftstoff
einspritzung direkt in den Zylinder eines
Verbrennungsmotors zur Verfügung gestellt,
der einen mit einem Kraftstoffkanal ver
sehenen Körper, eine Öffnung im Körper, die
im Betrieb den Kraftstoffkanal mit der Ver
brennungskammer des Motors verbindet, ein
Ventilelement, das mit einem Ventilsitz in
der Öffnung zur Steuerung des Kraftstoff
durchflusses zusammenarbeitet und eine Richt
fläche in der Öffnung zum Lenken des Kraftstoff
strahles, die sich vom Ventilsitz stromabwärts
erstreckt, aufweist. Weiterhin umfaßt der
Körper Mittel zur Steuerung des Wärmeflusses
durch den Körper von der Richtfläche aus,
die derart ausgebildet sind, daß die Richt
fläche auf einer Temperatur gehalten wird,
bei der auf ihr abgelagerte Partikel von
Verbrennungsprodukten verbrannt werden.
Die Mittel zur Steuerung des Wärmeflusses
sind vorzugsweise derart angeordnet, daß sie
die Wärmeleitung von der Richtfläche für den
Strahl in den Bereich des Körpers, der benach
bart zum Kraftstoffkanal liegt, beschränkt.
Der Kraftstofffluß durch den Kraftstoffkanal
bewirkt eine wesentliche Kühlung des diesen
Kanal umgebenden Bereich des Körpers. Dadurch
stellt dieser Teil des Körpers eine Wärmesenke
dar, die normalerweise einen Wärmefluß von
den heißeren Teilen des Körpers einschließlich
der Richtfläche für den Strahl in ihre Richtung
bewirkt. Wenn daher die Mittel zur Steuerung
zwischen der Richtfläche für den Strahl und
der Wärmesenke durch den Kraftstoffkanal ange
ordnet werden, wird der Wärmefluß zu der
Wärmesenke verringert und somit die Kühlwirkung
auf die Richtfläche begrenzt, so daß diese
Fläche auf einer Temperatur gehalten wird,
die die festen auf ihr abgelagerten Ver
brennungsprodukte entzündet. Auf diese Weise
können sich derartige Ablagerungen nicht
auf der Richtfläche akkumulieren, um so das
die Öffnung verlassende Kraftstoffstrahlmuster
zu stören.
Die Steuerung des Wärmeflusses kann durch Vorsehen
eines Hohlraums in dem Körper zwischen der Richt
fläche und dem Kraftstoffkanal bewirkt werden.
Der Hohlraum kann sich von einer Stelle in
der Nähe der Verbindung des Ventilsitzes
und der Richtfläche über eine wesentliche Länge
durch den Körper in Längsrichtung zum Kraftstoff
kanal erstrecken. Dadurch verlängert der Hohlraum
wesentlich den Weg des Wärmeflusses zwischen
der Richtfläche und den kalten Bereichen des
Körpers um den Kraftstoffkanal herum. Weiterhin
sieht diese Anordnung einen bevorzugten Wärme
flußweg von der Richtfläche des Strahles zu
dem Zylinderkopf des Motors vor. Da der Zylinder
kopf eine höhere Betriebstemperatur als der
Teil des Düsenkörpers um den Kraftstoffkanal
herum aufweist, ist der Wärmestrom zum Zylinder
kopf gering, wodurch die Richtfläche auf der
gewünschten Temperatur gehalten werden kann.
Der in dem Körper des Einspritzventils vorge
sehene Hohlraum kann zur Erzielung einer
Isolierwirkung mit Luft gefüllt sein, da
die Luft eine geringe Wärmeleitfähigkeit
hat. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann
der Hohlraum zumindest teilweise mit einem
Material, beispielsweise Keramik, gefüllt sein,
das eine wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit
als das ihn umgebende Material des Körpers auf
weist.
Um weiterhin den Wärmefluß von der Richtfläche
zu begrenzen, kann der Körper aus einem Material
mit geringer Wärmeleitfähigkeit zumindest
zwischen der Richtfläche und den Mitteln zur
Steuerung des Wärmeflusses, d.h. dem Hohlraum,
bestehen. Rostfreier Stahl ist ein Material
mit geeigneten Eigenschaften einschließlich
einer geringen Wärmeleitfähigkeit.
In einem Ausführungsbeispiel weist der Einspritz
ventilkörper einen inneren Bereich auf, durch
den sich der Kraftstoffkanal erstreckt und
der an einem Ende die Öffnung und den Ventilsitz
besitzt. Der innere Bereich liegt innerhalb
eines äußeren Bereiches, der die sich stromabwärts
vom Ventilsitz erstreckende Richtfläche für
den Strahl aufweist. Der äußere Bereich erstreckt
sich um das äußere mindestens des Teiles des
inneren Bereiches herum, der den Ventilsitz
und den Kraftstoffkanal unmittelbar stromaufwärts
zum Ventilsitz aufweist. Der äußere Bereich stößt
an den inneren Bereich dort an, wo die Richt
fläche für den Strahl eine Erweiterung strom
abwärts zum Ventilsitz bildet. Allerdings ist
die Stoßfläche gering, so daß nur eine kleine Fläche
für einen Wärmeübergang vorhanden ist. Der
äußere Bereich ist sonst mit Abstand zum
inneren Bereich angeordnet, so daß über
zumindest den größten Teil der Länge des
Kraftstoffkanals ein Hohlraum zwischen ihnen
vorgesehen ist. Vorzugsweise ist der äußere
Bereich des Körpers aus rostfreiem Stahl
und der innere Bereich aus rostfreiem Stahl
oder aus einem Kohlenstoffstahl hergestellt.
Vorzugsweise ist das Ventilelement derart
konstruiert, daß es mit der Richtfläche für
den Strahl des Körpers in der Weise zusammen
arbeitet, daß der von der Düse abgespritzte
Kraftstoffstrahl die Form eines kreisförmigen
ersten Feldes von Kraftstofftröpfchen und
eines zweiten Feldes von Kraftstofftröpfchen
innerhalb des durch das erste Feld begrenzten
Raumes aufweist.
Vorzugsweise ist das Ventilelement als Teller
ventil ausgebildet, dessen Endkantenbereich
mit einer Vielzahl von um den Umfang herum
angeordneten Nuten versehen ist. Diese Nuten
bewirken zwei unterschiedliche Pfade für den
Kraftstoff, einen äußeren durch den nicht
genuteten Bereich hervorgerufenen Pfad und
einen durch die unteren Kanten der Nuten
gebildeten anderen Pfad, die radial von der
Randkante des Ventilelementes nach innen versetzt
sind.
Die Fläche des Ventilelementes, über die der
Kraftstoff in seiner Offenstellung fließt,
weist vorzugsweise eine divergierend konische
Form auf, so daß der von der Randkante abströmende
Kraftstoff seine ursprüngliche Strömungsrichtung
beibehält, um ein äußeres Feld von Kraftstoff
tröpfchen zu bilden. Allerdings bewirkt die
Wandhaftung an den Stellen, an denen die
Randkante durch die Nuten unterbrochen ist,
daß mindestens ein Teil des den Nuten zuge
ordneten Kraftstoffes der Fläche der Basis
der Nuten folgt und so das Ventilelement
von der Randkante nach innen verläßt.
Vorzugsweise wird der dem Kraftstoffkanal
zugeführte Kraftstoff in Gas, beispielsweise
Luft, mitgeführt, wobei das Gas einen genügend
hohen Druck aufweist, um den Kraftstoff bei
geöffnetem Ventil in die Verbrennungskammer
des Motors zu liefern.
Es wird angenommen, daß das Gas empfänglicher ist
für die Wandhaftungswirkung als der Kraftstoff,
und zusammen mit der Oberflächenspannung des
Kraftstoffes bewirkt dies ein teilweises
Ablösen von Kraftstoff aus dem Kraftstoff-
Gasgemisch an der Anfangskante der Nut. Der
abgelöste Kraftstoff wird durch Wirkung
der Oberflächen so gerichtet, daß er eher
um die Nuten herum als durch die Nuten fließt,
wodurch er in dem Kraftstoff-Gasgemisch
mitgeführt wird und dieses anreichert, das
längs des ungenuteten Bereiches des Ventil
elementes fließt. Der längs des ungenuteten
Bereichs des Ventilelementes strömende Kraftstoff
wird auch durch die Richtfläche für den Strahl
geleitet.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Teil eines Motors, für den
die vorliegende Erfindung ange
wendet werden kann;
Fig. 2 eine Kraftstoffzumeß- und Einspritz
einheit, die zusammen mit dem
erfindungsgemäßen Einspritzventil
verwendet werden kann;
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des
Düsenbereichs der Kraftstoff
zumeß- und Einspritzeinheit gemäß
Fig. 2;
Fig. 4 eine Aufsicht auf das für die Düse
gemäß Fig. 3 geeignete Tellerventil
und
Fig. 5 eine Seitenansicht auf das Teller
ventil gemäß Fig. 4.
Fig. 1 zeigt einen Zylinder eines funkengezündeten
Motors mit direkter Kraftstoffeinspritzung, der
nach dem Zweitaktprinzip arbeitet. In einem
Zylinder 5 arbeitet ein Kolben 6 und bewegt sich
in axialer Richtung des Zylinders abhängig von der
Drehung der nicht dargestellten Kurbelwelle
hin und her. Die Umfangswand 7 des Zylinders
weist eine Auslaßöffnung 8 und eine diametral
gegenüberliegende Einlaß- oder Überströmöffnung 9
auf.
Das obere Ende des Zylinders 5 ist durch einen lös
baren Zylinderkopf 12 geschlossen,
der einen napfförmigen Hohlraum 13 in exzentrischer
Anordnung zur Zylinderachse aufweist. Am Scheitel
des Hohlraums 13 ist eine Kraftstoffeinspritz
düse 14 angeordnet und eine Öffnung 15 ist
zur Aufnahme einer üblichen Zündkerze vorge
sehen. Der Kopf 17 des Kolbens 6 ist leicht
gewölbt und die gegenüberliegende Unterfläche
des Zylinderkopfes weist bis auf die Unterbrechung
durch den Hohlraum 13 eine komplementäre
Form auf. Der Kopf 17 des Kolbens 6, der
Zylinderkopf 12 und die Zylinderwand 7 begrenzen
die Verbrennungskammer 19.
Weitere Einzelheiten über die Form des Hohlraums
13 und des daraus hergeleiteten Verbrennungs
vorganges sind in der britischen Patentanmeldung
No. 86 12 601 vom 23. Mai 1986 und in der ent
sprechende US-Patentanmeldung No. 8 66 727 vom
26. Mai 1986 offenbart.
Die Einspritzdüse 14 ist integraler Teil einer
Kraftstoffzumeß- und Einspritzvorrichtung, bei
dem in Luft mitgeführter Kraftstoff in die
Verbrennungskammer des Motors durch den Druck
einer Luftquelle geliefert wird. Ein spezielles
Ausführungsbeispiel der Kraftstoffzumeß- und
Einspritzeinheit ist in Fig. 2 dargestellt.
Die Kraftstoffzumeß- und Einspritzeinheit enthält
eine geeignete Zumeßvorrichtung 30, beispielsweise
einen im Handel erhältlichen Drosselkörperinjektor
für Kraftfahrzeuge, der an einen eine Haltekammer
32 aufweisenden Einspritzkörper 31 angeschlossen
ist. Aus dem Kraftstofftank 35 wird Kraftstoff
gezogen und über eine Kraftstoffpumpe 36 und
einen Druckregler 37 durch die Kraftstoffeinlaßöffnung 33
an die Zumeßvorrichtung 30 geliefert.
Die Zumeßvorrichtung, die in bekannter Weise
arbeitet, mißt eine Kraftstoffmenge in der
Haltekammer 32 in Übereinstimmung mit der
Kraftstoffanforderung des Motors ab. Überschüssiger,
zur Zumeßvorrichtung gelieferter Kraftstoff
wird über die Kraftstoffrückführöffnung 34
in den Kraftstofftank 35 zurückgeführt.
Der besondere Aufbau der Kraftstoffzumeßvor
richtung 30 ist nicht entscheidend für die
vorliegende Erfindung und es kann jede ge
eignete Vorrichtung verwendet werden.
Im Betrieb wird die Haltekammer 32 durch von
der Luftquelle 38 über den Druckregulierer 39
durch die Lufteinlaßöffnung 45 in dem Körper 31
gelieferte Luft unter Druck gesetzt. Das
Einspritzventil 43 wird betätigt, damit die
unter Druck stehende Luft mit der zugemessenen
Kraftstoffmenge durch die Einspritzöffnung
42 in die Verbrennungskammer des Motors aus
strömen kann. Das Einspritzventil 43 ist als
Tellerventil ausgebildet und öffnet nach innen
in die Verbrennungskammer, d.h. nach außen in
bezug auf die Haltekammer. Der Teil des das
Ventil 43 und die Öffnung 42 enthaltenden
Körpers 31 ist genauer in Fig. 3 dargestellt
und zur Klarheit sind viele Einzelheiten,
die in Fig. 3 erscheinen, in der Fig. 2 ausge
lassen.
Das Einspritzventil ist über den Ventilstößel 44,
der durch die Haltekammer 32 hindurchgeht, mit
dem Anker eines in dem Körper 31 angeordneten
Magnetventils 47 verbunden. Das Ventil 43 ist in
die geschlossene Stellung durch eine Tellerfeder 40
vorgespannt und wird geöffnet, wenn das Magnetventil 47
erregt wird. Die Erregung des Magnetventils 47
wird zeitlich in Abhängigkeit vom Arbeitsspiel
des Motors gesteuert, um die Lieferung des
Kraftstoffes aus der Haltekammer 32 über das
Ventil 43 in die Verbrennungskammer zu bewirken.
Weitere Einzelheiten der Betriebsweise der
eine Haltekammer enthaltenden Einspritzvorrichtung
ist in der australischen Patentanmeldung No. 32 132/84
und in der korrespondierenden US-Patentanmeldung
No. 7 40 067 vom 2. April 1985 beschrieben. Die
Offenbarung dieser beiden Anmeldungen sollen
durch Bezugnahme Bestandteil der Anmeldung sein.
In Fig. 3 ist in vergrößertem Maßstab der
Düsenbereich der Zumeß- und Einspritzeinheit
entsprechend Fig. 2 dargestellt, wobei die
Einspritzdüse in den Zylinderkopf 12 des Motors
nach Fig. 1 eingebaut ist. Eine Anpaßhülse 50
ist schraubbar bei 51 in der in dem Zylinderkopf
12 vorgesehenen Öffnung 15 und der Düsenbereich
28 des Einspritzkörpers 31 weist eine externe
Oberfläche 52 auf, die gleitend in der Bohrung
53 der Anpaßhülse 50 aufgenommen ist. Eine ge
eignete Druckdichtung 54 ist zwischen der Schulter
49 des Düsenbereichs 28 und der Anpaßhülse 50
vorgesehen und dient zur Abdichtung des aus
der Verbrennungskammer austretenden Gases.
Vorzugsweise ist die Dichtung aus einem hoch
wärmeleitenden Material, um einen wirksamen
Wärmestrom vom Körper 31 zur Hülse 15 und
damit zum Zylinderkopf 12 vorzusehen.
Der Düsenbereich 28 umfaßt zwei konzentrisch
angeordnete Abschnitte, den inneren Abschnitt
55 und den äußeren Abschnitt 56. Der innere
Abschnitt 55 weist eine zentrale Bohrung 57 auf,
die einen Teil der Haltekammer 32 bildet und
am unteren Ende in einem konischen Ventilsitz
58 endet. Das Tellerventil 43 arbeitet mit
dem Ventilsitz 58 zusammen und ist am unteren
Ende des Ventilstößels 54 befestigt.
Der äußere Abschnitt 56 ist von einer im
wesentlichen zylindrischen Form, so daß er
das untere Ende des inneren Abschnittes 55
umgreift und bei 60 ist eine Preßpassung zwischen
dem äußeren Abschnitt 56 und dem inneren
Abschnitt 55 vorgesehen, um eine integrale
Einheit mit einem guten Wärmeübergang zu bilden.
Der innere Durchmesser des äußeren Abschnittes
56 ist größer als der äußere Durchmesser des
inneren Abschnitts 55, so daß nach dem Zusammen
bau ein ringförmiger Hohlraum 61 zwischen ihnen
entsteht. In einer praktischen Ausführungsform
der Düse weist die Bohrung 57, durch die der
entsteht. In einer praktischen Ausführungsform
der Düse weist die Bohrung 57, durch die der
Kraftstoff hindurchgeht, einen Durchmesser von
3,5 mm auf und der Hohlraum 61 hat eine radiale
Breite von ungefähr 1 mm.
Der äußere Abschnitt 56 erstreckt sich mit
seinem unteren Ende bei 63 unter das untere
Ende des inneren Abschnitts 55, um bei 64
benachbart zum unteren Ende des Ventilsitzes 58
an den inneren Abschnitt 55 anzustoßen.
Dieser sich erstreckende Bereich 63 des äußeren
Abschnittes 56 ist vom unteren Ende des inneren
Abschnitts 55 unter Abstandshaltung entfernt,
so daß sich der Hohlraum 61 quer nach innen
zum Ventilsitz 58, wie bei 62 zu erkennen ist,
erstreckt.
Der sich nach innen erstreckende Bereich 63
weist einen abgeschrägten Öffnungsbereich 65
auf, der eine Weiterführung des unteren Endes
des Ventilsitzes 58 bildet, aber einen etwas
großeren Durchmesser aufweist, so daß er einen
ringförmigen Durchgang 66 zwischen dem Ventil
43 und dem sich erstreckenden Bereich 63
des äußeren Abschnittes 56 bildet, wenn das
Ventil auf dem Sitz 58 sitzt und geschlossen
ist.
Die Form des ringförmigen Durchganges 66 ein
schließlich der Kontur der jeweiligen Flächen,
die dessen gegenüberliegende Wände bilden,
hat einen wesentlichen Einfluß auf die
Richtung des von der Einspritzdüse in die
Verbrennungskammer 19 des Motors eingespritzten
Strahls. Jede Änderung der ursprünglich aus
gebildeten Form des Durchganges oder der
Kontur der diesen bildenden Oberflächen
kann wesentlich das Strahlmuster ändern
und somit den Verbrennungsprozeß ändern,
wodurch eine Abweichung in dem Verbrennungs
wirkungsgrad und der Natur und der Menge
der in dem Abgas enthaltenen Emissionen be
wirkt wird. Wenn daher die Form des Durch
ganges und die Kontur der Flächen einmal
festgelegt worden sind, ist es wichtig, daß
sichergestellt wird, daß diese nicht in einer
unkontrollierbaren oder unvorhersehbaren Art
geändert werden.
Es ist bekannt, daß sich Kohlenstoffablagerungen
und andere Ablagerungen fester Partikel
an den inneren Oberflächen der Ver
brennungskammer eines Motors festsetzen und
entsprechend können auch solche Ablagerungen
sich auf den Oberflächen der Einspritzdüse und
insbesondere auf den Oberflächen der den
Durchgang 66 begrenzenden Flächen festsetzen.
Die vorliegende Erfindung steuert die Temperatur
dieser Oberflächen durch Regulierung der Wärme
abgabe, so daß die Flächen bei einer Temperatur
gehalten werden, die genügend hoch ist, um
die Verbrennung jedweden Kohlenstoffs oder
anderer Ablagerungen, die sich bei normalem
Betrieb des Motors auf den Flächen ablagern
können, sicherzustellen.
Es ist bekannt, daß in einem Benzinmotor eine
Vorzündung der Verbrennungsladung auftreten kann,
wenn die Ladung einer Oberfläche mit einer
Temperatur von 900°C und mehr ausgesetzt wird.
Es ist ebenfalls bekannt, daß Kohlenstoffpartikel,
die in dem Motor gebildet werden können,
nicht bei Temperaturen unter 450°C verbrennen.
Daher ist es wünschenswert, die Flächen der
Düse, die den Durchgang 66 begrenzen, auf
Temperaturen zwischen dem Zündpunkt der Kohlen
stoffpartikel und der Temperatur der Vorzündung
des Kraftstoffes zu halten. Vorzugsweise sollte
die Temperatur zum oberen Ende des Bereichs
festgelegt werden, beispielsweise bei 800 bis 850°C.
Vor der vorliegenden Erfindung wurde mit ähnlichen
Einspritzdüsen festgestellt, daß von den zwei
den Durchgang 66 begrenzenden Oberflächen der
schräge Öffnungsbereich 65 des äußeren Abschnittes
56 einer größeren Kühlwirkung unterworfen ist
als es der integrale Teil des Einspritzkörpers
ist, der einer Kühlung bei dem Durchgang des
Kraftstoffs und der Luftmischung ebenso wie durch
seinen Kontakt über die Hülse 50 mit dem
Zylinderkopf des Motors und zu einem geringeren
Umfang durch Strahlung von den oberen Teilen
des Einspritzkörpers, die in freier Luft
liegen, unterworfen ist.
In der obigen Beschreibung stellt der ring
förmige Hohlraum 61 zwischen dem inneren
und dem äußeren Abschnitt 55, 56 eine
Wärmeübertragungsschranke oder eine Isolierung
für den abgeschrägten Bereich 65 dar, so daß
kein schneller Wärmestrom von dieser Ober
fläche in den restlichen Teil des Körpers
der Düse stattfindet. Insbesondere beschränkt
der Hohlraum 61 den Wärmefluß in dem inneren
Abschnitt 55, der benachbart zu der die Kraftstoff-
Luftmischung enthaltenden Haltekammer 32 ange
ordnet ist. Der einzige direkte Kontakt zwischen
dem inneren und äußeren Abschnitt in der
Nähe des abgeschrägten Öffnungsbereiches 65
ist der relativ kleine Anstoßbereich bei
65 unmittelbar neben dem Ventilsitz 58 und
der Eingriff der zwei Teile im relativ entfernten
Bereich 60. Da der Abstand zwischen diesem Bereich
und dem abgeschrägten Öffnungsbereich 65 sehr
viel größer ist als der Abstand zwischen
dieser Fläche und dem Zylinderkopf des Motors,
fließt die Wärme eher von der Oberfläche der
abgeschrägten Öffnung 65 zum Zylinderkopf als
zu dem Paßsitzbereich bei 60 zwischen dem
inneren und äußeren Abschnitt, der sehr viel
weiter entfernt liegt.
Die Steuerung des Wärmeflusses von der Ober
fläche des abgeschrägten Öffnungsbereiches 65
kann derart unterstützt werden, daß der äußere
Abschnitt 56 aus rostfreiem Stahl ausgebildet
wird, der eine Leitfähigkeit im Bereich von
14 bis 16 Watt pro Meter°C hat. Diese Leit
fähigkeit ist wesentlich geringer als die
der normalen Kohlenstoffstähle, die im Bereich
von 45 bis 58 Watt/m°C liegt. Weiterhin kann
der Wärmefluß dadurch gesteuert werden, daß
zumindest ein Teil des Hohlraumes 61 mit
einem isolierenden Material, beispielsweise
Keramik, ausgefüllt wird.
Eine weitere Beeinflussung der Steuerung des
Wärmeflusses kann durch den Ringbereich zwischen
dem äußeren Abschnitt 56 und der Hülse 50, der
mit 69 bezeichnet ist, vorgenommen werden,
so daß ein Wärmefluß in den äußeren Abschnitt
dieses Bereiches von den Verbrennungsgasen
besteht. Die Temperatur im Bereich 69 be
einflußt den Wärmefluß von dem Bereich 63 des
äußeren Abschnittes 56 und trägt zur Aufrecht
erhaltung der verlangten Temperatur des
abgeschrägten Bereiches 65 bei.
Weiterhin kann der Wärmefluß von den Verbrennungs
gasen in den äußeren Abschnitt 56 durch Änderung
des Eindringgrades der Düse in die Verbrennungs
kammer 19 über das innere Ende der Hülse 50
hinaus geändert werden. Durch Versuche kann
die bevorzugte Eindringtiefe für eine besondere
Motorkonfiguration und Betriebsbedingungen
festgelegt werden und sie kann als Standard
für diese Maschinen festgesetzt werden.
Die Fig. 4 und 5 zeigen jeweils die Aufsicht
und die Seitenansicht des für eine Einspritz
einheit nach Fig. 3 als Einspritzventil verwendeten
Tellerventils. Wie aus der Aufsicht des Ventils
zu erkennen ist, sind zwölf gleichabständige
Nuten oder Schlitze 115 um den Umfang des
Kopfes 116 des Tellerventils herum angeordnet
und es ist eine Dichtfläche 120 vorgesehen,
die mit dem Ventilsitz 58 in Fig. 3 zusammen
arbeitet. Der eingeschlossene Winkel der
Dichtfläche ist 90°, es können aber auch
andere geeignete Winkel beispielsweise 120°
verwendet werden. In dem gezeigten Ausführungs
beispiel hat der ringförmige Bereich 121
des Tellerventils, in dem die Nuten 115 vorge
sehen sind, einen größeren eingeschlossenen
Winkel, nämlich 120°. Daher muß mit diesem
Tellerventil die Fläche 65 ähnlich geneigt
mit einem eingeschlossenen Winkel von 120°
sein.
Der eingeschlossene Winkel zwischen den gegen
überliegenden radialen Wänden der Nut ist
14, 1/2°, der gesamte Durchmesser des Ventil
kopfes ist 5,5 mm mit einer Breite der Nut
am Umfang von 0,6 mm. Die Tiefe der Nuten ist
derart gewählt, daß sie nicht in die Dicht
fläche 120 des Ventils hinreicht.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die
Seitenwände 117 der Nuten radial zu der Achse
des Ventils angeordnet und die Grundfläche 118
jeder Nut ist derart geneigt, daß die Tiefe
der Nut an der unteren Fläche des Ventils
größer ist als an der oberen Fläche. Als typischer
Wert ist der Winkel der geneigten Grundfläche
zu der Achse des Ventils in der Größenordnung
von 30°.
Weitere Ausführungen hinsichtlich des Aufbaus
und der Betriebsweise des Ventils nach den
Fig. 4 und 5 sind in der internationalen Patent
anmeldung PCT/AU 86/00201 offenbart.
Es sollte erwähnt werden, daß der Durchgang 66
zwischen dem Ventil 43 und dem abgeschrägten
Bereich 65 des äußeren Abschnittes 56 auch
eine zylindrische Form anstelle der divergierenden
konischen Form nach Fig. 3 haben kann. Bei der
zylindrischen Form würde die konische Form des
Ventils 43 zu einer Länge verkürzt, die notwendig
ist, um eine Dichtfläche mit der Öffnungsfläche
58 zu bilden, aber sie würde wesentlich darüber
liegen.
Die beschriebene Kraftstoffeinspritzdüse kann
für einen weiten Bereich von Kraftstoffeinspritz
vorrichtungen für Benzinmotoren einschließlich
solcher Motoren für die Verwendung in Land-
und Schiffsfahrzeugen einschließlich Kraftfahr
zeugmotoren und Außenbordschiffsmotoren ver
wendet werden.
Claims (20)
1. Einspritzventil für die Kraftstoffeinspritzung
direkt in den Zylinder eines Verbrennungsmotors
mit einem einen Kraftstoffkanal aufweisenden
Körper, einer Öffnung in dem Körper, die im
Betrieb den Kraftstoffkanal mit der Verbrennungs
kammer des Motors verbindet, und einem Ventil
element, das mit einem Ventilsitz in der Öffnung
zur Steuerung des Kraftstoffdurchflusses
zusammenarbeitet, dadurch ge
kennzeichnet, daß in der Öffnung
(42) des Kraftstoffkanals (57) eine Richtfläche
(65) zum Lenken des Kraftstoffstrahles vorgesehen
ist, die sich vom Ventilsitz (58, 120) stromabwärts
erstreckt und daß der Körper (31) Mittel zur
Steuerung (60 bis 64) des Wärmeflusses von der
Richtfläche (65) durch den Körper (31) in der
Weise aufweist, daß die Richtfläche (65) auf
einer Temperatur gehalten wird, bei der auf
ihr abgelagerte Partikel von Verbrennungs
produkten verbrannt werden.
2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Körper (31)
zwischen der Richtfläche (65) und dem
den Kraftstoffkanal (57) aufweisenden Teil
(55) des Körpers (31) ein Hohlraum (61)
vorgesehen ist, der derart geformt und
angeordnet ist, daß er den Wärmefluß von
der Richtfläche (65) zu diesem Teil (55)
des Körpers (31) beschränkt.
3. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (58)
und die Richtfläche (65) für den Strahl
ringförmig ausgebildet sind und koaxial
zu dem stromaufwärts zu dem Ventilsitz (58)
vorhandenen Bereich des Kraftstoffkanals
liegen, und daß ein Ringraum (61) im
Körper (31) koaxial zum Kraftstoffkanal
(57) vorgesehen ist, der sich von einer
radial von der Richtfläche (65) nach
außen gerichteten ersten Stelle zu einer
von dem Kraftstoffkanal nach außen und
axial stromaufwärts vom Ventilsitz gerichteten
zweiten Stelle erstreckt.
4. Einspritzventil nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum
(61) mit Gas gefüllt ist.
5. Einspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Hohlraum (61)
zumindest teilweise mit einem Isolier
material gefüllt ist.
6. Einspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Isoliermaterial Keramik ist.
7. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Körper (31) einen
den Kraftstoffkanal (57) mit einer Öffnung
und einem Ventilsitz (58) an seinem
Ende aufweisenden inneren Bereich (55)
und einen äußeren Bereich (56) besitzt,
der mindestens um den Teil des inneren
Bereiches (55) angeordnet ist, der den
Ventilsitz (58) und den Kraftstoffkanal
unmittelbar stromaufwärts vom Ventilsitz
enthält, wobei der äußere Bereich (56)
die Richtfläche (65) für den Strahl aufweist,
und daß der innere und äußere Bereich
(55, 56) zwischen sich einen Hohlraum (61)
begrenzen, der derart geformt und ange
ordnet ist, daß er den Raum für einen
Wärmestrom von der Richtfläche (65) zu
dem inneren Bereich (55) einschränkt.
8. Einspritzventil nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der innere Bereich (55)
des Körpers (31) eine erste ringförmige
Endfläche, die sich vom stromabwärtigen
Ende des Ventilsitzes erstreckt, und der
äußere Bereich (56) des Körpers eine
zweite ringförmige Endfläche aufweisen,
die sich vom stromaufwärtigen Ende der
Richtfläche (65) für den Strahl erstreckt,
wobei die erste und zweite Fläche aneinander
anstoßen, um eine Dichtung zwischen ihnen
mit einem eingeschränkten Bereich zur
Wärmeübertragung zwischen ihnen vorzusehen.
9. Einspritzventil nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Hohlraum (61)
koaxial zu dem Kraftstoffkanal (57)
und der Öffnung liegt und eine innere
zylindrische Wand, die von der Außenfläche
des inneren Bereiches (55) gebildet ist,
und eine äußere zylindrische Wand aufweist,
die von der Innenfläche des äußeren Bereiches
(56) gebildet wird.
10. Einspritzventil nach einem der Ansprüche
7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Hohlraum (61) einen im wesentlichen
ringförmigen Querschnitt koaxial zu
dem Kraftstoffkanal (57) aufweist und durch
sich gegenüberliegende Flächen des inneren
und äußeren Bereiches (55, 56) des Körpers
(31) begrenzt ist und einen Bereich (62)
umfaßt, der sich nach innen zu der Stelle
erstreckt, an der die erste und zweite
Endfläche aufeinandertreffen.
11. Einspritzventil nach einem der Ansprüche
1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest der äußere Bereich (56) des
Körpers (31) aus einem Material geringerer
Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu Kohlen
stoffstahl aufweist.
12. Einspritzventil nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Material geringerer
Wärmeleitfähigkeit nicht rostender Stahl
ist.
13. Einspritzventil nach einem der Ansprüche
7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
der Hohlraum zumindest teilweise mit
einem isolierenden Material gefüllt ist.
14. Einspritzventil nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das isolierende Material
Keramik ist.
15. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mittel zum Steuern
des Wärmeflusses den Körper umfassen, der
zwischen der Richtfläche (65) und dem Teil
des Körpers, in dem der Kraftstoffkanal
unmittelbar stromaufwärts von der Dicht
fläche vorgesehen ist, derart ausgebildet ist,
daß der leitende Weg des Wärmestromes
dazwischen begrenzt ist.
16. Verbrennungsmaschine mit einem Einspritzventil
für die Kraftstoffeinspritzung direkt in
den Zylinder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15.
17. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 16,
die als Motor für ein Fahrzeug ausgebildet ist.
18. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 16,
die als Motor in oder für ein Automobil
ausgebildet ist.
19. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 16,
die als Schiffsmotor ausgebildet ist.
20. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 16, die
als Außenbord-Schiffsmotor ausgebildet
ist.
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Legal Events
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---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
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