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Die Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der am 25. September 2003 eingereichten, japanischen Patentanmeldung
JP 2003-334098 A , die hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors des Zylinder-Inneneinspritzungstyps.
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3 zeigt eine Struktur zum Einbauen einer herkömmlichen Zylinder-Inneneinspritzdüse, die in der offengelegten, japanischen Patentveröffentlichungsschrift
JP 2000-9000 A beschrieben ist. Eine Zylinder-Inneneinspritzdüse bzw. Einspritzdüse
100 ist in eine Buchse bzw. Aufnahme
111 eingebaut, die in einem Zylinderkopf
110 eines Verbrennungsmotors ausgebildet ist. Die Aufnahme
111 weist einen abgestuften Abschnitt auf, der entsprechend dem distalen Abschnitt der Einspritzdüse
100 geformt ist. Zum Einbauen der Einspritzdüse
100, wird eine Düse
101 der Einspritzdüse
100 in einen linearen Abschnitt
112 der Aufnahme
111 eingefügt, und ein einen großen Durchmesser aufweisender Abschnitt
102 der Einspritzdüse
100 ist in eine äußere Öffnung
113 der Aufnahme
111 lose eingepaßt.
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Das obere Ende der Einspritzdüse 100 ist in eine Zuführleitung 120 eingefügt. Die Einspritzdüse 100 ist durch eine Schraube 121 an der Zuführleitung 120 befestigt. Ein sich von der Zuführleitung 120 erstreckender Arm 122 ist über einen Isolator 123 an dem Zylinderkopf 110 befestigt. Auf diese Weise sind die Zuführleitung 120 und die Einspritzdüse 100 am Zylinderkopf 110 befestigt.
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Eine ringförmige Nut 103 erstreckt sich entlang der äußeren Oberfläche der Düse 101 an dem axialen, mittleren Abschnitt der Einspritzdüse 100. Eine Ringdichtung 104 ist fest in die ringförmige Nut eingepaßt. Die Ringdichtung 104 wird elastisch verformt, wenn die Düse 101 in den linearen Abschnitt 112 der Aufnahme 111 eingefügt wird. Durch die Ringdichtung 104 kann die Einspritzdüse 100 kontaktlos, d. h. schwebend, in der Aufnahme 111 gehalten werden, während eine Leckströmung von Verbrennungsgas aus dem Verbrennungsmotor verhindert wird. Die Ringdichtung 104 ist normalerweise aus einem Fluorkohlenstoffharz, wie z. B. Polytetrafluoroethylen (PTFE), oder einem elastischen Harz mit hoher Wärmebeständigkeit, wie z. B. ein Fluorkohlenstoffkautschuk, gefertigt.
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Aufgrund der Struktur der Zylinder-Inneneinspritzdüse ist die Ringdichtung 104, bei der es sich um eine Gasdichtung handelt, von den hohen Temperaturen und hohen Drücken des Verbrennungsgases direkt betroffen. Dies kann eine Qualitätsminderung oder ein Schmelzen der Gasdichtung bewirken, selbst wenn die Gasdichtung aus einem Harz mit hoher Wärmebeständigkeit gefertigt ist. Um eine solche Qualitätsminderung und ein Schmelzen der Gasdichtung zu verhindern, ist die Gasdichtung um einen bestimmten Abstand von dem distalen Ende der Einspritzdüse entfernt.
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Der Abstand zwischen der Gasdichtung und dem Düsenende kann dazu führen, daß das Hochtemperatur-Verbrennungsgas dazu tendiert, zum distalen Abschnitt der Düse
101 zu strömen. Dies würde zu einem Temperaturanstieg am distalen Abschnitt und zur Bildung von Ablagerungen auf dem distalen Abschnitt führen. Zur Lösung dieses Problems kann eine weitere Gasdichtung auf dem distalen Abschnitt der Düse angeordnet sein, um zu verhindern, daß ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas zu dem distalen Abschnitt strömt. Eine Mehrzahl von Gasdichtungen, die an der Düse angebracht sind, wie dies beispielsweise in der
DE 197 39 150 A1 offenbar ist, würde jedoch die zum Einfügen der Einspritzdüse in die Aufnahme erforderliche Kraft erhöhen und die Effizienz beim Einbauen der Einspritzdüse oder beim Ausführen von Wartungsarbeiten an der Einspritzdüse mindern.
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Eine weitere Haltevorrichtung mit einer Mehrzahl von Dichtungsringen, die in rechtwinkligen Dichtungsnuten aufgenommen sind, ist in der
DE 33 89 854 C2 offenbart.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einspritzdüse für eine Zylinder-Inneneinspritzung zu schaffen, die die Bildung von Ablagerungen verhindert, wobei eine hohe Abdichtungsfähigkeit einer Gasdichtung beibehalten und Installations- und Wartungseffizienz nicht gemindert werden.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Einspritzdüse für ein direktes Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors, der eine Aufnahme aufweist. Die Einspritzdüse weist eine Düse auf, die in die Aufnahme einfügbar ist. Die Düse weist ein zu einem Verbrennungsraum gerichtetes Ende auf. Wenn die Düse in der Aufnahme aufgenommen wird, ist zwischen der Düse und der Aufnahme ein ringförmiger Spalt definiert. Eine erste Dichtungsnut ist in der Düse ausgebildet, um eine erste Gasdichtung aufzunehmen, die den ringförmigen Spalt abdichtet. Die erste Dichtungsnut weist eine erste Tiefe auf. Eine zweite Dichtungsnut ist in der Düse ausgebildet, um eine zweite Gasdichtung aufzunehmen, die den ringförmigen Spalt abdichtet. Die zweite Gasdichtung ist näher an dem zu dem Verbrennungsraum gerichteten Ende der Düse ausgebildet als die erste Dichtungsnut und weist eine zweite Tiefe auf, die größer als die erste Tiefe ist.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Einspritzdüse zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors, der eine Aufnahme aufweist. Die Einspritzdüse weist eine Düse auf, die in die Aufnahme einfügbar ist. Die Düse weist ein zu einem Verbrennungsraum gerichtetes Ende auf. Wenn die Düse in die Aufnahme aufgenommen wird, ist zwischen der Düse und der Aufnahme ein ringförmiger Spalt definiert. Eine erste Dichtungsnut ist in der Düse ausgebildet, um eine erste Gasdichtung aufzunehmen, die den ringförmigen Spalt abdichtet. Die erste Dichtungsnut weist eine erste Querschnittsform auf. Eine zweite Dichtungsnut ist in der Düse ausgebildet, um eine zweite Gasdichtung aufzunehmen, die den ringförmigen Spalt abdichtet. Die zweite Dichtungsnut ist näher an dem zu dem Verbrennungsraum gerichteten Ende der Düse ausgebildet als die erste Dichtungsnut und weist einen zweiten Querschnitt auf. Der erste und der zweite Querschnitt werden so bestimmt, daß ein Verformungsbetrag der ersten Gasdichtung größer als ist ein Verformungsbetrag der zweiten Gasdichtung, wenn die Düse in der Aufnahme aufgenommen ist.
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Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der die Prinzipien der Erfindung beispielhaft darstellenden, beigefügten Zeichnung offenbart.
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Die Erfindung sowie ihre Aufgaben und Vorteile werden unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen sowie der beigefügten Zeichnung besser verständlich. Es zeigen:
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1 einen schematischen Querschnitt einer Zylinder-Inneneinspritzdüse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 einen teilweise vergrößerten Querschnitt der Einspritzdüse von 1; und
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3 einen schematischen Querschnitt einer herkömmlichen Zylinder-Inneneinspritzdüse.
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Eine Zylinder-Inneneinspritzdüse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die Zylinder-Inneneinspritzdüse wird bei einem Ottomotor des Typs angewendet, bei dem die Gemischbildung im Zylinder erfolgt.
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Ein Verbrennungsmotor (Ottomotor) besteht in der Hauptsache aus einem Zylinderblock (nicht gezeigt) und einem Zylinderkopf 10. Der Zylinderkopf 10 weist in der Nähe seines Einlaßkanals (nicht gezeigt) eine Aufnahme 11 (d. h. einen säulenförmigen Hohlraum), die sich in den Verbrennungsraum C erstreckt, und eine äußere Öffnung 12 auf. Die äußere Öffnung 12 weist einen Einspritzdüsensitz 13 auf. Eine Sekundärdichtung 14 ist auf dem Einspritzdüsensitz 13 angeordnet. Eine Kraftstoffeinspritzdüse 1 ist in der Aufnahme 11 und der äußeren Öffnung 12 eingebaut. Genauer wird die Einspritzdüse 1 durch Einfügen einer Düse 8 der Einspritzdüse 1 in die Aufnahme 11 in den Zylinderkopf 10 eingebaut, so daß die Einspritzdüse 1 teilweise mit der Sekundärdichtung 14 in Kontakt ist.
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Die Einspritzdüse 1 weist ein der Düse 8 gegenüberliegendes Ende auf. Dieses Ende ist mit einer Zuführleitung 20 verbunden, durch die ein Hochdruckkraftstoff von einem Kraftstoffzuführsystem geliefert wird.
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Die Düse 8 weist einen Abschnitt 2 auf, der das Ende der Einspritzdüse 1 aufweist, das zum Verbrennungsraum C gerichtet ist. Eine Einspritzöffnung 4 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum C ist in dem Abschnitt 2 ausgebildet. Die Einspritzöffnung 4 wird durch elektromagnetisches Ansteuern eines Nadelventils 3, das das Starten und Stoppen der Kraftstoffeinspritzung steuert, geöffnet und geschlossen.
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Die Einspritzdüse 1 ist so in den Zylinderkopf 10 eingebaut, daß der Abschnitt 2 zum Verbrennungsraum C des Motors freiliegt. Der Kraftstoff wird von dem Abschnitt 2 durch Öffnen des Nadelventils 3 direkt in den Verbrennungsraum C eingespritzt, wenn ein Hochdruckkraftstoff von der Zuführleitung 20 zugeführt wird. Die Direkteinspritzung des Kraftstoffs bewirkt, daß in dem Verbrennungsraum C vor Ort ein zündfähiges Gemisch gebildet wird. Eine Zündkerze (nicht gezeigt), die an dem Zylinderkopf 10 angebracht ist, zündet und verbrennt das zündfähige Gemisch.
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2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs Z, der in 1 von einer gestrichelten Linie umgeben ist, und zeigt die Düse 8 der Einspritzdüse 1.
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Wie in 2 gezeigt ist, sind eine erste Dichtungsnut 6 und eine zweite Dichtungsnut 7 in der Düse 8 der Einspritzdüse 1 ausgebildet. Die erste und zweite Gasdichtung 5a und 5b sind in der ersten Dichtungsnut 6 bzw. zweiten Dichtungsnut 7 angeordnet. Die erste und die zweite Gasdichtung 5a und 5b dichten einen ringförmigen Spalt ab, der zwischen der Düse 8 und der Aufnahme 11 definiert ist (1). Die erste Dichtungsnut 6 ist an einer von dem näher am Verbrennungsraum befindlichen Ende der Düse 8 um einen bestimmten Abstand entfernten Position ausgebildet. Die erste Dichtungsnut 6 weist eine Grund- bzw. untere Wand 6a und eine geneigte Wand 6b auf. Die geneigte Wand 6b erstreckt sich von der unteren Wand 6a in Richtung zu der Zufuhrleitung 20 der Einspritzdüse 1, so daß sich der Raum zwischen der geneigten Wand 6b und der Wand der Aufnahme 11 mit Näherkommen des zu der Zuführleitung 20 gerichteten Endes der Einspritzdüse 1 verschmälert. Die zweite Dichtungsnut 7 ist an einer Position ausgebildet, die sich näher an dem zu dem Verbrennungsraum C gerichteten Ende der Düse 8 befindet als die erste Dichtungsnut 6. Die zweite Dichtungsnut 7 weist einen rechtwinkeligen Querschnitt auf. Es ist zu bevorzugen, daß die zweite Dichtungsnut 7 tiefer ausgebildet ist als die erste Dichtungsnut 6.
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Die erste und die zweite Gasdichtung 5a und 5b weisen die gleiche Form auf und sind aus dem gleichen Material gefertigt. Die erste und zweite Gasdichtung 5a und 5b sind jeweils ringförmig ausgebildet und weisen einen rechtwinkeligen Querschnitt auf. Bevorzugte Materialien für die Gasdichtungen 5a und 5b sind Harze mit hervorragender Wärmebeständigkeit, wie z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE), eine aus PTFE und einem Füllstoff bestehende Harzzusammensetzung und ein Elastomer.
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Bei der ersten Gasdichtung 5a bzw. der zweiten Gasdichtung 5b, die in der ersten Dichtungsnut 6 bzw. zweiten Dichtungsnut 7 angeordnet sind, funktioniert die Einspritzdüse 1 wie folgt.
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Normalerweise liegt die Düse einer Zylinder-Inneneinspritzdüse zu einem Verbrennungsraum C eines Motors frei. Somit muß die Zylinder-Inneneinspritzdüse eine hohe Abdichtungsfähigkeit aufweisen, um ein im Verbrennungsraum C erzeugtes Hochdruck-Verbrennungsgas sicher abzudichten und ein Ausströmen desselben zu verhindern. Bei der Einspritzdüse 1 der vorliegenden Erfindung, verhindert die erste Gasdichtung 5a, die in der ersten Dichtungsnut 6 angeordnet ist, ein Ausströmen von Kraftstoffgas und Verbrennungsgas.
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Ferner verhindert die zweite Gasdichtung 5b, die in der zweiten Dichtungsnut 7 angeordnet ist, daß ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas in den Abschnitt 2 strömt. Dies verhindert, daß die Temperatur an dem Abschnitt 2 ansteigt, und minimiert die Bildung von Ablagerungen an dem Abschnitt 2. Die erste Gasdichtung 5a, die in der ersten Dichtungsnut 6 angeordnet ist, dient dazu, ein Verbrennungsgas abzudichten. Daher muß die zweite Gasdichtung 5b nur verhindern, daß ein Verbrennungsgas zu dem Abschnitt 2 strömt. Zudem bleibt die Abdichtungsfähigkeit zum Abdichten von Verbrennungsgas erhalten, selbst wenn die zweite Gasdichtung 5b, die in der zweiten Dichtungsnut 7 angeordnet ist, in ihrer Qualität abnimmt oder schmilzt.
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Die zweite Dichtungsnut 7 ist tiefer ausgebildet als die erste Dichtungsnut 6. Wenn die Gasdichtungen 5a und 5b miteinander identisch sind, ist der zusammengedrückte Betrag bzw. Spannungsbetrag, d. h. Betrag der Verformung oder Kompression, der zweiten Gasdichtung 5b, die in der zweiten Dichtungsnut 7 angeordnet ist, geringer als der Spannungsbetrag der ersten Gasdichtung 5a, wenn die Einspritzdüse 1 in der Aufnahme 11 aufgenommen ist. Diese Struktur verhindert, daß die Kraft, die beim Einfügen der Einspritzdüse 1 in die Aufnahme 11 erzeugt wird, zunimmt. Somit werden Installations- und Wartungseffizienz der Einspritzdüse 1 nicht beeinträchtigt.
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Neben der Tatsache, daß er tiefer als bei der ersten Dichtungsnut 6 ist, ist der Querschnitt der zweiten Dichtungsnut 7 rechtwinkelig. Diese Struktur verhindert, daß der Oberflächendruck, der erzeugt wird, wenn die zweite Gasdichtung 5b verformt wird, ansteigt. Es wird verhindert, daß die beim Einführen der Einspritzdüse 1 in die Aufnahme 11 erzeugte Kraft zunimmt.
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Zur Verbesserung der Abdichtungsfähigkeit weist die erste Dichtungsnut 6 die geneigte Wand 6b auf, die sich von der unteren Wand 6a erstreckt, so daß sich der Raum zwischen der geneigten Wand 6b und der Wand der Aufnahme 11 mit Näherkommen des zu der Zuführungsleitung 20 gerichteten Endes der Einspritzdüse 1 verschmälert. Beim Aufnehmen des Drucks des Verbrennungsgases bewegt sich die erste Gasdichtung 5a entlang der geneigten Wand 6b. Diese Bewegung bewirkt, daß sich die erste Gasdichtung 5a mit einem höheren Oberflächendruck an die Oberfläche der Aufnahme 11 drückt und stellt die Abdichtung des ringförmigen Spalts zwischen der Düse 8 und der Aufnahme 11 sicher.
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Ferner wird die Einspritzdüse 1 auf dem Zylinderkopf 10 durch die Sekundärdichtung 14 getragen, die auf dem Einspritzdüsensitz 13 der äußeren Öffnung 12 angeordnet ist. Die Sekundärdichtung 14, die aus einem Harz mit einer hohen Wärmebeständigkeit gefertigt ist, weist ebenfalls eine abdichtende Wirkung auf. Dies verbessert die Fähigkeit, ein Ausströmen von Verbrennungsgas und diffundierender Wärme zu verhindern.
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Die Innenzylinder-Einspritzdüse der bevorzugten Ausführungsform weist die nachstehend aufgeführten Vorteile auf.
- (1) Die erste Gasdichtung 5a, die in der ersten Dichtungsnut 6 angeordnet ist, um den ringförmigen Spalt zwischen der Düse 8 und der Aufnahme 11 abzudichten, verhindert ein Ausströmen von Verbrennungsgas.
- (2) Die zweite Gasdichtung 5b, die in der zweiten Dichtungsnut 7 angeordnet ist, verhindert, daß ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas zu dem Abschnitt 2 strömt. Verhindert wird durch diese Struktur, daß die Temperatur an dem Abschnitt 2 ansteigt und sich Ablagerungen auf dem Abschnitt 2 bilden.
- (3) Die erste und die zweite Gasdichtung 5a und 5b weisen die gleiche Form auf und sind aus dem gleichen Material gefertigt. Somit besteht keine Notwendigkeit, unterschiedliche Typen von Gasdichtungen herzustellen. Dies sorgt für eine Verringerung der Fertigungskosten und Aufhebung der Notwendigkeit, den passenden Typ von Gasdichtung erkennen und auswählen zu müssen.
- (4) Die zweite Dichtungsnut 7 ist tiefer als die erste Dichtungsnut 6. Selbst wenn die erste und die zweite Gasdichtung 5a und 5b identisch zueinander sind, ist somit der Spannungsbetrag der zweiten Gasdichtung 5b, die in der zweiten Dichtungsnut 7 angeordnet ist, geringer als der der ersten Gasdichtung 5a, wenn die Einspritzdüse 1 eingebaut ist. Diese Struktur verhindert, daß die beim Einbauen der Einspritzdüse 1 erzeugte Kraft zunimmt. Somit werden Einbau- und Wartungseffizienz der Einspritzdüse 1 nicht beeinträchtigt.
- (5) Die zweite Dichtungsnut 7 weist einen rechtwinkeligen Querschnitt auf. Dadurch wird ein Anstieg des Oberflächendrucks verhindert, der erzeugt wird, wenn die zweite Gasdichtung 5b, die in der zweiten Dichtungsnut 7 angeordnet ist, während des Einfügens der Einspritzdüse 1 in die Aufnahme 11 verformt wird. Folglich wird verhindert, daß die beim Einbauen der Einspritzdüse 1 erzeugte Kraft zunimmt.
- (6) Die erste Dichtungsnut 6 weist die geneigte Wand 6b auf, die sich von der unteren Wand 6a in einer Weise erstreckt, daß sich der Raum zwischen der geneigten Wand 6b und der Wand der Aufnahme 11 mit Näherkommen des basalen Endes der Einspritzdüse 1 verschmälert. Beim Aufnehmen des Drucks des Verbrennungsgases, bewegt sich die erste Gasdichtung 5a, die in der ersten Dichtungsnut 6 angeordnet ist, entlang der geneigten Wand 6b. Die Bewegung bewirkt, daß sich die erste Gasdichtung 5a mit einem höheren Oberflächendruck gegen die Wand der Aufnahme 11 drückt. Dadurch wird auf wirksame Weise verhindert, daß Gas aus dem ringförmigen Spalt zwischen der Düse 8 und der Aufnahme 11 strömt, und die Abdichtungsfähigkeit verbessert.
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Für Fachleute sollte es offensichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung in vielen anderen, spezifischen Formen verkörpert sein kann, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Insbesondere wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung in folgenden Formen verkörpert sein kann.
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In der bevorzugten Ausführungsform wird für die erste und die zweite Gasdichtung 5a und 5b ein Harzmaterial mit einer hohen Wärmebeständigkeit, spezieller ein Polytetrafluorethylen (PTFE), eine Harzverbindung aus PTFE und einem Füllstoff oder ein elastisches Harzmaterial, wie z. B. ein Elastomer, verwendet. Die Materialien für die Gasdichtungen 5a und 5b sind jedoch nicht auf solche Harzmaterialien beschränkt. Für solche, eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisende Harzmaterialien werden häufig Fluorkohlenstoffharze verwendet, und PTFE ist beispielsweise ein solches Fluorkohlenstoffharz. Andere Fluorkohlenstoffharze, wie z. B. Perfluoroalkoxy (PFA), Ethylentetrafluoroethylen (ETFE), fluoriertes Ethylenpropylen (FEP), Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Ethylen-Chlorotrifluorethylen (ECTFE) können ebenfalls verwendet werden. Ferner wird für die Sekundärdichtung 14 ein Harzabdichtungsmaterial mit einer hohen Wärmebeständigkeit verwendet. Wie bei den Gasdichtungen können die vorstehend aufgeführten Harzmaterialien ebenfalls für die Sekundärdichtung 14 verwendet werden.
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In der bevorzugten Ausführungsform weisen die erste und die zweite Gasdichtung 5a und 5b die gleiche Form auf und sind aus dem gleichen Material gefertigt. Die erste Gasdichtung 5a und die zweite Gasdichtung 5b können unterschiedlich geformt sein und aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein, solange die erste Dichtungsnut 6 und die zweite Dichtungsnut 7 so ausgebildet sind, daß der Spannungsbetrag der ersten Gasdichtung 5a größer als der Spannungsbetrag der zweiten Gasdichtung 5b ist. In diesem Fall werden die gleichen Vorzüge wie bei der bevorzugten Ausführungsform erhalten.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Einspritzdüse für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung beschränkt und kann auch auf eine Einspritzdüse für einen Dieselmotor angewendet werden.
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Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen sind als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung aufzufassen, und die Erfindung ist nicht auf die hierin aufgeführten Einzelheiten beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs und in Entsprechung zu den beigefügten Ansprüchen modifiziert werden.
