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Diese Erfindung betrifft Kraftstoffeinspritzdüsen für
Verbrennungsmotoren und insbesondere eine
Kraftstoffeinspritzdüse vom Typ eines sich nach außen öffnenden Tellerventils,
die besonders zur Installation in einem Motor geeignet ist,
wo ein vorbestimmtes Kraftstoffzerstäubungsmuster erwünscht
ist.
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Kraftstoffeinspritzdüsen vom sich nach außen öffnenden,
Tellerventil-Typ zur Verwendung in Dieselmotoren sind bekannt.
In diesem Typ von Kraftstoffeinspritzdüse ist ein
Verschlußbauteil vorgesehen, und zwar in der Form eines
Tellerventils, das in eine offene Position relativ zu einem
zugeordneten Ventilsitz durch Kraftstoffdruckpulse von einer
Hochdruckkraftstoffpumpe bewegbar ist. Das Tellerventil ist in
eine geschlossene Position in Sitzeingriff mit dem
Ventilsitz durch eine Rückholfeder bewegbar, die auf den
Ventilschaft des Tellerventils auf ein Aufhören der
Hochdruckkraftstoffpulse hin wirkt.
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Beispiele von Kraftstoffeinspritzdüsen mit vielen Merkmalen
der vorliegenden Düse sind beispielsweise in den US-Patenten
Nr. 4 693 424, 4 905 908, 4 909 444 offenbart.
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Die in den obigen Schriften beschriebenen
Kraftstoffeinspritzerdüsen sind auf Zylinderkopfinstallationen beschränkt
gewesen, in denen das Kraftstoffzerstäubungsmuster
symmetrisch um die Kraftstoffeinspritzerdüse herum ist. Diese
Installationen sind im allgemeinen in einer nahezu vertikalen
Orientierung vorhanden. Die Tellerventile können sich frei
innerhalb des Düsenkörpers mit minimalen Effekt auf die
Motorleistung aufgrund des im wesentlichen symmetrischen
Kraftstoffzerstäubungsmusters drehen. Derartige
Kraftstoffeinspritzerdüsen sind nicht gut geeignet für winkelige
Installationen oder Installationen, wo vorbestimmte
Kraftstoffzerstäubungsmuster erwünscht sind, da eine
Tellerventildrehung das Zerstäubungsmuster und infolgedessen die
Motorleistung nachteilig beeinträchtigt.
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Eine Kraftstoffeinspritzdüse, welche dieses Problem
überwindet, ist in der DE-A-3 113 475 offenbart, die als der
naheliegendste Stand der Technik betrachtet wird.
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Eine Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der vorliegenden
Erfindung ist über die DE-A-3 113 475 hinaus durch die im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 spezifierten Merkmale
gekennzeichnet.
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Die verbesserte Kraftstoffeinspritzdüse zur Verwendung in
einem Verbrennungsmotor ist auf eine Weise betreibbar, die
das Erzielen eines vorbestimmten Zerstäubungsmusters
ungeachtet der Kraftstoffeinspritzdüsenorientierung erlaubt.
Eine Positioniervorrichtung mit einer
Positioniervorrichtungskugel, die in einer zusammenwirkend zwischen dem
Ventilschaft des Tellerventils und dem Düsenkörper ausgebildeten
zylindrischen Bohrung ruht, hemmt eine relative Drehung
dazwischen. Es ist ein primäres Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine verbesserte Kraftstoffeinspritzdüse vom sich nach
außen öffnenden Tellerventiltyp zu schaffen, worin der
Schaft des Tellerventils von einer Bewegung in die
Verbrennungskammer des Motors hinein durch Wirkung der
Positioniervorrichtungskugel gegen eine obere Schulter der
zylindrischen Bohrung abgehalten wird.
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Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft anhand der
folgenden Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen
beschrieben, in welchen:
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Figur 1 eine teilgeschnittene Draufsicht einer die
vorliegende Erfindung verkörpernden
Kraftstoffeinspritzdüse ist;
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Figur 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils
der Kraftstoffeinspritzdüse von Figur 1 ist,
die Details der
Positioniervorrichtungsanordnung zeigt;
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Figur 3 eine entlang der Linie 3-3 von Figur 2
genommene vergrößerte Schnittansicht ist, die
Details der Positioniervorrichtungsanordnung
zeigt; und
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Figur 4 eine vergrößerte Schnittansicht der
Zerstäubungsspitze der Kraftstoffeinspritzdüse von
Figur 1 ist.
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In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer
Kraftstoffeinspritzdüse dargestellt, allgemein als 10 bezeichnet,
die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die
Kraftstoffeinspritzdüse 10 ist von einem Typ, der so
ausgebildet ist, daß er beispielsweise in einer geeigneten
Düsenaufnahmebuchse für diesen Zweck im Zylinderkopf (nicht
gezeigt) eines Verbrennungsmotors angebracht ist, wobei das
Zerstäubungsspitzenende davon geeignet angeordnet ist, um
Kraftstoff in eine zugeordnete Verbrennungskammer des Motors
hinein in einem vorbestimmten erwünschten Zerstäubungsmuster
abzugeben.
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Die Kraftstoffeinspritzdüse 10 ist im dargestellten Aufbau
mit einem mehrstückigen Düsengehäuse versehen, welches eine
(röhrenförmige) Einlaßpassung 12, eine (röhrenförmige) Nuß
14 und einen Düsenkörper 16 umfaßt, die geeignet auf eine
herkömmliche Weise aneinander befestigt sind. Die
Einlaßpassung 12 ist an der Nuß 14 durch einen Gewindeeingriff der
äußeren Gewindungen 18 davon mit den inneren Gewindungen 20
am oberen Ende der Nuß 14 befestigt. Eine obere
Endoberfläche 16a des Düsenkörpers 16 stößt gegen die untere Fläche
12a der Einlaßpassung 12 und seine nach unten weisende
Halteschulter 16b stößt gegen die innere Schulter l4a der Nuß 14.
Ein Dübelstift 22, der in Stiftbohrungen, die in der
Endoberfläche 12a und der unteren Fläche 16a ausgebildet sind,
eingesetzt ist, verhindert eine Drehung des Düsenkörpers 16
in der zusammengesetzten Kraftstoffeinspritzdüse 10.
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Die Einlaßpassung 12 ist mit einer sich axial erstreckenden
gestuften Bohrung dort hindurch versehen, die einen
Einlaßdurchgang 24 bildet, der sich vom oberen oder freien Ende
der Einlaßpassung 12 erstreckt, um sich an ihrem unteren
Ende, wie in Figur 1 betrachtet, in eine (zylindrische)
Kraftstoffkammer 26 zu öffnen. Zusätzlich ist die Einlaßpassung
12 mit geeigneten äußeren Verbindermitteln wie Gewindungen
28 oder einem anderen geeigneten Verbinder versehen, an dem
eine Kraftstoff zufuhr (nicht gezeigt) befestigt sein kann,
so daß die Kraftstoffeinspritzdüse 10 intermittierend mit
Kraftstoff wie beispielsweise durch eine
Hochdruckkraftstoffpumpe (nicht gezeigt) auf eine herkömmliche Weise versorgt
werden kann. Ein Teil 29 vergrößerten äußeren Durchmessers
mit gegenüberliegenden Abflachungen 29a bewirkt eine
Befestigung der Kraftstoffeinspritzdüse 10 an einem
Zylinderkopf wie durch eine Klammer oder ein Joch, nicht gezeigt,
auf eine wohlbekannte Weise. Die Klammer minimiert eine
Bewegung der Kraftstoffeinspritzdüse relativ zum
Zylinderkopf.
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Der Düsenkörper 16 mit gestufter äußerer zylindrischer
Konfiguration ist mit einer sich axial erstreckenden gestuften
Bohrung dort hindurch versehen, um den unteren Teil der
Kraftstoffkammer 26 an seinem oberen, Einlaßende und einen
Zwischenkraftstoffdurchgang 30 zu definieren, der an seinem
unteren, freien Ende von einem (kegelstumpfförmigen)
Ventilsitz 34 eines vorbestimmten Öffnungswinkels umgeben ist. Die
Kraftstoffkammer 26 und der Zwischenkraftstoffdurchgang 30
sind durch eine flache Schulter 36 verbunden. Das untere
äußere periphere Ende des Düsenkörpers 16 kann gestuft sein,
um eine Abschirmung 38 aufzunehmen, die nützlich sein kann,
um das Ende des Düsenkörpers vor in der Verbrennungskammer
herrschenden hohen Temperaturen zu schützen. Die Abschirmung
38 isoliert die Düsenkörperspitze, wodurch die Tendenz zu
einer Beschädigung aufgrund Überhitzung minimiert wird.
Zusätzlich ist die Zerstäubungsspitze 40 des Düsenkörpers 16
abgeschrägt, um bekanntermaßen die Einspritzleistung der
Kraftstoffeinspritzerdüse zu verbessern.
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Eine Kraftstoffabgabe von der Zerstäubungsspitze 40 des
Düsenkörpers 16 wird mittels eines Einspritzventils in der
Form eines Tellerventils 42 gesteuert, welches einen Kopf 44
mit einem sich von dort erstreckenden (länglichen)
Ventilschaft 46 aufweist. Der untere Teil des Ventilschafts 46 ist
von einem vorbestimmten äußeren Durchmesser, worin er
hinund herbewegbar und abdichtend innerhalb des
Zwischenkraftstoffdurchgangs 30 geführt wird. Der Zwischenteil des
Ventilschafts 46 weist sich axial erstreckende Abflachungen 47
auf, gezeigt in den Figuren 2 und 3, welche das Ausmaß an
Kontakt mit der Wand des Zwischenkraftstoffdurchgangs 30
minimieren und für den Kraftstofffluß von der
Kraftstoffkammer 26 zum Kopf 44 sorgen.
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Der Kopf 44 des Tellerventils 42 ist vorzugsweise von einem
vorbestimmten maximalen äußeren Durchmesser, der dem äußeren
Durchmesser des Ventilsitzes 34 des Düsenkörpers 16
entspricht, und mit einer (ringförmigen kegelstumpfförmigen)
Ventilsitzoberfläche 50 versehen, gezeigt in Figur 4, um
einen Sitzeingriff gegen den Ventilsitz 34 zu bewirken, in
Durchsicht in Figur 4 gezeigt. Von einer Position innerhalb
des Zwischenteils des Ventilschafts 46 zum Innern des Kopfs
44 erstreckt sich ein Kraftstoffdurchgang 48, der sich zu
einer Vielzahl von (sich radial nach außen erstreckenden)
Kraftstoffabgabeöffnungen 52 öffnet. Obwohl die
Kraftstoffabgabeöffnungen üblicherweise so orientiert sind, daß sie
ein Kraftstoffzerstäubungsmuster erzeugen, das um die
Kraftstoffeinspritzdüse 10 herum symmetrisch ist, kann in
besonderen Anwendungen, nämlich denjenigen, die ein Anbringen der
Kraftstoffeinspritzdüse in einer nicht-vertikalen,
nichtzentralen Position innerhalb des Zylinderkopfs erfordern,
ein vorbestimmtes, nichtsymmetrisches
Kraftstoffzerstäubungsmuster erwünscht sein.
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Das Tellerventil 42 ist normalerweise in eine Position mit
geschlossenem Ventil relativ zum Ventilsitz 34 mittels einer
Ventilrückholfeder 54 vorgespannt, welche den Teil des
Ventilschafts 46 umgibt, der innerhalb der Kraftstoffkammer
26 angeordnet ist. Ein Ende der Ventilrückholfeder 54 stößt
gegen ein Halteabstandsstück oder eine Unterlegscheibe 56
vorbestimmter Dicke. Das gegenüberliegende oder obere Ende
der Ventilrückholfeder 54 stößt gegen die untere Oberfläche
eines Federhalter-Primäranschlags 58, der geeignet am
oberen, freien Endteil des Ventilschafts 46 befestigt ist. Der
Federhalter 58 ist zylindrisch ausgebildet mit einem
Außendurchmesser, der geeignet kleiner als der Innendurchmesser
des Teils der Kraftstoffkammer, der innerhalb der
röhrenförmigen Einlaßpassung ausgebildet ist, in der er sich
hinund herbewegen kann, jedoch größer als der Teil der
Kraftstoffkammer 26 ist, der innerhalb des Düsenkörpers 16
ausgebildet ist. Mit der obigen Anordnung ist, da die untere
Oberfläche 58a des Federhalter-Primäranschlags 58 so
positioniert ist, daß sie gegen die obere Endoberfläche 16a des
Düsenkörpers 16 stößt, eine Öffnungsbewegung des
Tellerventils
42 begrenzt, wodurch das Tellerventil daran
gehindert wird, in die Verbrennungskammer über eine gewünschte
vorbestimmte Entfernung hinaus einzutreten.
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Wie zuvor beschrieben, erfordert ein vorbestimmtes
Kraftstoffabgabemuster, daß der Kopf 44 des Tellerventils 42
stationär bleibt. Das heißt, um das gewünschte Muster zu
erzielen, muß das Tellerventil 42 daran gehindert werden, sich
relativ zu seiner Plazierung innerhalb des Zylinderkopfs zu
drehen. Wie in den Figuren 1, 2 und 3 gezeigt, ist der
Düsenkörper 16 mit einer sich axial erstreckenden
Positionierbohrung 62 versehen, die sich nach unten eine vorbestimmte
Entfernung von der flachen Schulter 36 am unteren Ende der
Kraftstoffkammer 26 erstreckt. Die Positionierbohrung 62 ist
exzentrisch von der Achse des Düsenkörpers 16 angeordnet und
ist von einem Durchmesser, der teilweise den
Zwischenkraftstoffdurchgang 30 schneidet. Ein Ventilpositionierschlitz 64
ist in der Seite des Ventilschafts 46 ausgebildet, und zwar
zwischen dem oberen freien Ende und dem Kopf 44. Der
Ventilpositionierschlitz 64 ist durch Nasenfräsen oder einen
anderen geeigneten maschinellen Bearbeitungsvorgang im
Ventilschaft 46 ausgebildet. Wie in Figur 3 gezeigt, ist der
Radius des Ventilpositionierschlitzes 64 gewählt, um im
wesentlichen der gleiche wie derjenige der
Positionierbohrung 62 zu sein, so daß auf eine Ausrichtung damit hin die
Positionierbohrung 62 und der Ventilpositionierschlitz 64
eine zylindrische Bohrung 66 bilden, welche die
Positionierkugel 68 darin aufnimmt. Die Positionierkugel 68 wird in die
zylindrische Bohrung 66 während des Zusammenbaus des
Ventilschafts 46 innerhalb des Düsenkörpers 16 eingesetzt und
innerhalb der zylindrischen Bohrung 66 durch das
Halteabstandsstück 56 gehalten. Eine sich um die Öffnung der
Positionierbohrung 62 herum erstreckende Abschrägung 70 unterstützt das
Einsetzen der Positionierkugel 68 in die zylindrische
Bohrung 66, indem sie von der Kante der flachen Schulter 36
in die zylindrische Bohrung hinein geführt wird. Wie am
besten in Figur 1 gezeigt ist, weist der
Ventilpositionierschlitz 64 eine axiale Länge auf, die ausreicht, um ein
Einsetzen der Positionierkugel 68 in die zylindrische
Bohrung 66 hinein zu erleichtern und außerdem dem Ventilschaft
46 zu erlauben, sich frei während des Betriebs hin- und
herzubewegen. Die Positionierkugel 68 verhindert eine
Drehung des Ventilschafts 46 relativ zum Düsenkörper 16, der
seinerseits positionsgemäß durch den Dübelstift 22 bezüglich
der Einlaßpassung 12 fixiert ist, wodurch sichergestellt
ist, daß der Kopf 44 positionsgemäß relativ zur
Verbrennungskammer des Motors fixiert bleibt und dadurch das erwünschte
Kraftstoffzerstäubungsmuster sichergestellt ist.
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Die sich nach außen öffnende Konstruktion der
Kraftstoffeinspritzdüse 10 erfordert, daß das Tellerventil 42 sicher
innerhalb des Düsenkörpers 16 zurückgehalten wird, um sein
Eindringen in die Verbrennungskammer hinein über das für den
normalen Betrieb erforderliche zu verhindern. Wie oben
beschrieben, wirkt der Federhalter-Primäranschlag 58 gegen
die obere Endoberfläche 16a des Düsenkörpers 16, um eine
Bewegung nach unten oder nach außen des Tellerventils 42 zu
begrenzen. Die beschriebene
Tellerventilpositioniervorrichtungsanordnung wirkt als ein sekundärer Ventilanschlag,
sollte der Federhalter-Primäranschlag 58 auf eine Weise
beschädigt sein, die dem Tellerventil 42 erlauben würde, vom
Düsenkörper 16 zu fallen. In einem derartigen Fall wäre das
Tellerventil 42 in seiner Bewegung nach unten oder nach
außen durch die Positionierkugel 68 begrenzt, die eine obere
Schulter 72 des Ventilpositionierschlitzes 64 berührt,
wodurch das Tellerventil 42 daran gehindert wird, den Kolben
innerhalb des Zylinders des Motors zu berühren.
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Die (mit einem Teller bedeckte Öffnungs-)
Kraftstoffeinspritzerdüse der vorliegenden Erfindung ist für
Installationen
innerhalb des Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotors
geeignet, die vorbestimmte Kraftstoffzerstäubungsmuster
erfordern, welche dem Motorkonstrukteur größere Flexibilität
bei den Entwürfen von Verbrennungskammern und anderen
Komponenten bieten. Die offenbarte Kraftstoffeinspritzerdüse
benutzt eine einfache und vollständig innere
Tellerventilpositioniervorrichtungsanordnung zur Verhinderung einer
unerwünschten Drehung von Tellerventilen mit derartigen
spezifischen Kraftstoff zerstäubungsmustern. Die innere Konstruktion
beseitigt Leckagesorgen, die extern eingesetzten
Positionierdübeln eigen sind. Darüber hinaus ist die
Tellerventilpositioniervorrichtungsanordnung als ein sekundärer
Tellerventilanschlag wirksam, der ein Eindringen des Tellerventils
in die Verbrennungskammer hinein verhindert, sollte der
primäre Ventilbewegungsbegrenzer versagen.