DE19749153A1

DE19749153A1 - Kraftstoffeinspritzdüse

Info

Publication number: DE19749153A1
Application number: DE19749153A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Hasegawa; Takashi Kobayashi
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 1998-05-14
Also published as: JPH10141179A; US5975433A

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse, und insbesondere eine Kraftstoffeinspritzdüse deren Düsenöffnungs fläche variabel ist.

Hintergrund der Erfindung

Als Einrichtung zur Zuführung von Kraftstoff in einem zer stäubten Zustand zu den Brennkammern einer Maschine mit inter ner Verbrennung, wie einem Dieselmotor, werden allgemein Kraftstoffeinspritzdüsen verwendet. Solche Kraftstoffeinspritz düsen, wie zum Beispiel in der japanischen ungeprüften Patent veröffentlichung No. S.59-200063 beschrieben, hatten eine Konstruktion, bei der eine konische druckaufnehmende Oberfläche an dem Spitzenende eines innerhalb eines Düsenkörpers axial verschieblich aufgenommenen Nadelventils ausgebildet ist und das Nadelventil durch einen auf diese druckaufnehmende Oberflä che zu wirken veranlaßten Kraftstoffdruck geöffnet wird und Kraftstoff durch eine Anzahl von in der Spitze des Düsenkörpers ausgebildeten Düsenöffnungen in eine Brennkammer der Maschine eingespritzt wird.

Jedoch sind bei dieser Konstruktion der Kraftstoffein spritzdruck, die Einspritzmenge und die Einspritzgeschwindig keit allgemein durch eine Kraftstoffeinspritzpumpe bestimmt und weiterhin ist es nicht möglich, die gesamte Düsenöffnungsfläche zu vergrößern oder zu verkleinern. Folglich nimmt während eines Niedrigdrehzahllaufs der Maschine der Kraftstoffeinspritzdruck ab und während eines Niederlasterlaufs der Maschine wird die Einspritzzeit kurz und es ist nicht möglich, einen guten Ver brennungszustand aufrecht zu erhalten, und es ist schwierig ge wesen, die Kraftstoffverbrennung zu fördern und Verbesserungen bei Leistung und Kraftstoffverbrauch und Verminderungen bei Verbrennungslärm und NOx-Emissionen zu erhalten.

Als eine Maßnahme, um dies zu überwinden, wird in der ja panischen ungeprüften Patentveröffentlichung No. H.4-76266 eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einer variablen Düsenöffnung vorge schlagen. Bei diesem bezuggenommenen Stand der Technik ist in dem Spitzenteil eines Düsenkörpers eine Bohrung ausgebildet und eine Anzahl von mit der Bohrung in Verbindung stehenden Düsen öffnungen (acht) sind in Umfangsrichtung beabstandet in einer die Bohrung einschließenden Wand ausgebildet. Ein rotierender Schaft verläuft durch eine axial abwärts des Zentrums des Na delventils ausgebildete durchgehende Öffnung, wobei ein Spit zenbereich dieses rotierenden Schafts in der Bohrung angeordnet ist, und eine Anzahl von Kanälen (vier), welche beim Öffnen des Nadelventils eine Kraftstoffdruckkammer innerhalb der Bohrung mit den Düsenöffnungen verbinden, sind in dem rotierenden Schaft vorgesehen. Durch Drehung dieses rotierenden Schafts wird die Anzahl der offenen Düsenöffnungen zwischen acht und vier umgeschaltet.

Jedoch hat es bei diesem bezuggenommenen Stand der Tech nik, weil der rotierende Schaft selbst als ein rotierendes Ven til verwendet wird, insofern Probleme gegeben, daß im Falle eines Bearbeitungsfehlers der gesamte Schaft ein fehlerhaftes Produkt wird und daß er aufgrund von Verbiegen oder Verdrehen geneigt ist aufzuhören sich glatt zu drehen. Darüber hinaus bildet die die Bohrung bildende Wand einen mit der Düsenachse parallelen geraden Zylinder und der als das rotierende Ventil dienende rotierende Schaft ist ebenfalls zylindrisch. Folglich ist es schwierig gewesen, die Position des das rotierende Ven til bildenden rotierenden Schaftes während der Kraftstoffein spritzung zu fixieren. Das heißt, selbst wenn die Düsenöffnungen durch den geänderten Winkel des rotierenden Schaftes auf ein erforderliches Öffnungsmaß eingestellt worden sind, schlüpft der rotierende Schaft leicht in unerwünschter Weise in seiner Drehrichtung um seine Achse, wenn ein hoher Kraftstoffeinspritzdruck auf die Düsenöffnungen wirkt. Folglich ist es nicht möglich gewesen zu vermeiden, daß die positionsmä ßige Beziehung zwischen den Düsenöffnungen und den Kanälen schlüpft und die Düsenöffnungsfläche größer oder kleiner als die eingestellte Größe wird.

Aus diesem Grund hat es bei dem bezuggenommenen Stand der Technik das Problem gegeben, daß es schwierig gewesen ist, die Steuerung der Gesamtdüsenöffnungsfläche entsprechend Last und Drehzahl der Maschine genau durchzuführen. Insbesondere, um ei ne optimale Kraftstoffverbrennung der Maschine zu bewirken, ist es vorteilhaft, die Einspritzrate zu steuern, wobei eine Pilot einspritzung vor einer Haupteinspritzung ausgeführt wird, aber mit dem oben beschriebenen bezuggenommenen Stand der Technik ist es praktisch unmöglich gewesen, ein Einspritzmuster von Pi loteinspritzung - keine Einspritzung - Haupteinspritzung zu verwirklichen.

Auch, weil es wie oben beschrieben, keinen Mechanismus gibt, um den als rotierendes Ventil dienenden rotierenden Schaft während der Kraftstoffeinspritzung zu fixieren, hat es bei dem bezuggenommenen Stand der Technik das Problem gegeben, daß ein großer und mit einem relativ hohen Drehmoment ausge statteter Motor erforderlich ist, um den rotierenden Schaft an zutreiben, und folglich wird die Kraftstoffeinspritzdüse groß.

Im Hinblick auf Piloteinspritzungen ist ein Steuermecha nismus in einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung vom Stoß-Typ in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung No. H.7-77124 vorgeschlagen worden. Jedoch hat es bei diesem bezug genommenen Stand der Technik das Problem gegeben, daß der Grad an Freiheit der verschiedenen Parameter klein ist, weil die Kraftstoffeinspritzmenge und die Einspritzperiode und so weiter von der Piloteinspritzung durch die gegenseitigen Positionen eines Plunger und einer Lecköffnung einer Kraftstoffeinspritz pumpe bestimmt sind. In der japanischen ungeprüften Patentver öffentlichung No. H.7-54730 wird eine solinoidgetriebene Kraftstoffeinspritzdüse vorgeschlagen, aber bei diesem bezugge nommenen Stand der Technik hat es das Problem gegeben, daß es nicht möglich ist, eine optimale Düsenöffnungsfläche auf eine Piloteinspritzung anzuwenden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht als Ergebnis von Forschung, die ausgeführt wurde, um die oben beschriebenen Ar ten von Problemen zu lösen, und es ist ein grundlegendes Ziel derselben, eine Kraftstoffeinspritzdüse zu schaffen, mit wel cher es möglich ist, die Düsenöffnungsfläche und die Einspritz periode zu steuern, so daß der Einspritzdruck, die Einspritzpe riode und die Einspritzmenge an die Last und die Drehzahl der Maschine angepaßt sind, und mit welcher es möglich ist, eine Piloteinspritzung und eine Haupteinspritzung sicher und genau mittels einer einfachen Steuerung unter Verwendung einer klei nen Betätigungseinrichtung und Antreiben dieser Betätigungsein richtung in einer Richtung durchzuführen.

Um dieses Ziel und andere Ziele zu erreichen, wird durch die Erfindung eine Kraftstoffeinspritzdüse von einer Art ge schaffen, mit einer in der Spitze eines Düsenkörpers ausgebil deten Bohrung zum Führen von unter Druck stehendem Kraftstoff und einem an der Eingangsseite der Bohrung angeordneten Nadel ventil, das durch einen vorgegebenen Kraftstoffdruck geöffnet und geschlossen wird, mit einer Anzahl von in einer die Bohrung begrenzenden einschließenden Wand in Umfangsrichtung beabstan det angeordneten Düsenöffnungen zum Sprühen von unter Druck stehendem Kraftstoff, und einem innerhalb der Bohrung angeord neten rotierenden Ventil, wobei die offene Düsenöffnungsfläche durch das durch eine Betätigungseinrichtung rotierte rotierende Ventil eingestellt wird, wobei die die Bohrung begrenzende ein schließende Wand eine konische Oberfläche hat und sich die Dü senöffnungen an dieser konischen Oberfläche öffnen und das rotierende Ventil an seinem oberen Ende eine druckaufnehmende Oberfläche zum Aufnehmen des Drucks des unter Druck stehenden Kraftstoffs hat und an seiner Peripherie eine konische Sitzflä che mit einem mit dem Neigungswinkel der konischen Oberfläche der Bohrung zusammenpassenden Winkel hat, und beim Einwirken des Kraftstoffeinspritzdrucks auf die druckaufnehmende Oberflä che die konische Oberfläche und die konische Sitzfläche in Rei bungskontakt gebracht werden und das rotierende Ventil dadurch in seiner Position gehalten wird. Eine Anzahl von Paaren von Kraftstoffpassagen, bestehend aus einer ersten Passage und ei ner zweiten Passage, deren Öffnungsfläche kleiner als die der ersten Passage ist, von denen jeweils ein Ende sich an der druckaufnehmenden Oberfläche öffnet und das andere Ende mit den Düsenöffnungen verbindbar ist, sind in der Richtung von dessen Drehung in dem rotierenden Ventil beabstandet vorgesehen. Als Ergebnis werden beim Rotieren des rotierenden Ventils in einer Richtung die Düsenöffnungen mit den zweiten Passagen verbunden, dann von Bereichen der konischen Sitzfläche zwischen den zwei ten Passagen und den ersten Passagen abgedeckt, und dann mit den ersten Passagen verbunden.

Bei einer bevorzugten Form der Erfindung ist der konischen Oberfläche der einschließenden Wand der Bohrung und der koni schen Oberfläche des rotierenden Ventils ein solcher Winkel ge geben, daß als Ergebnis des Einspritzdrucks während der Kraft stoffeinspritzung ein Reibungshaltemoment auftritt, das ein Drehmoment mit der Tendenz, das rotierende Ventil in Umfangs richtung zu drehen, überschreitet; der Querschnitt senkrecht zur Achse von jeder der ersten Passagen hat eine Abmessung nicht kleiner als der Durchmesser der Düsenöffnungen; und der Abstand zwischen den ersten Passagen und den zweiten Passagen ist nicht kleiner als der Durchmesser der Düsenöffnungen.

Die ersten Passagen und die zweiten Passagen können als Kanäle in der konischen Sitzfläche des rotierenden Ventils her gestellt sein oder es können Öffnungen so ausgebildet sein, daß sie sich an der konischen Sitzfläche öffnen und durch das Inne re des rotierenden Ventils verlaufen.

Auch ist vorzugsweise auf der Ausgangswelle der Betäti gungseinrichtung ein Winkelerfassungsmechanismus vorgesehen und dieser Winkelerfassungsmechanismus ist mit einer Steuereinheit zum Treiben der Betätigungseinrichtung verbunden und der Winkel des rotierenden Ventils wird auf der Basis eines Signals von dem Winkelerfassungsmechanismus korrigiert.

Bei einer Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der Erfindung wirkt, wenn das Nadelventil öffnet, ein Kraftstoffdruck auf die druckaufnehmende Oberfläche und folglich werden die konische Sitzfläche des rotierenden Ventils und die konische Oberfläche der Bohrung in Kontakt gebracht; eine Reibungskraft, die ein Drehmoment (ein Moment, das so wirkt, daß es das rotierende Ventil in seiner Umfangsrichtung rotiert) übersteigt, tritt zwischen der konischen Sitzfläche und der konischen Oberfläche auf, und als ein Ergebnis wird das rotierende Ventil durch le diglich den Kraftstoffeinspritzdruck in Position gehalten.

Daher werden, wenn das rotierende Ventil gedreht wird, bis die zweiten Passagen einzeln mit den Düsenöffnungen in der die Bohrung einschließenden Wand verbunden sind, die zweiten Passa gen, deren Fläche in einer Querschnittsfläche senkrecht zu de ren Achse relativ klein ist, benutzt und eine Piloteinspritzung ausgeführt. Zu dieser Zeit leckt kein unter Druck stehender Kraftstoff aus den Öffnungen der Kraftstoffpassagen in der Um fangsrichtung und eine korrekt eingestellte Menge von Kraft stoff wird eingespritzt, weil das rotierende Ventil und die die Bohrung einschließende Wand durch den Kontakt von deren koni schen Oberflächen fest oberflächenabgedichtet sind.

Von diesem Zustand wird das rotierende Ventil durch die Betätigungseinrichtung rotiert, die getrieben wird, um ein Drehmoment an das rotierende Ventil anzulegen, das die oben er wähnte Reibungskraft überwindet. Als ein Ergebnis sind die Be reiche der konischen Sitzfläche zwischen den zweiten Passagen und den ersten Passagen den Düsenöffnungen zugewandt. Wenn das Treiben der Betätigungseinrichtung an diesem Punkt gestoppt wird, weil das rotierende Ventil durch den Kraftstoffdruck plötzlich in seiner Position gehalten wird, werden die Düsen öffnungen sicher in einem abgedeckten Zustand gehalten und ein Zustand ohne Einspritzung wird hergestellt. Auch wird zu dieser Zeit, weil das rotierende Ventil und die Innenwand der Bohrung durch den Kraftstoffeinspritzdruck in Kontakt miteinander ge halten werden, eine Kraftstoffleckage in Umfangsrichtung ver hindert.

Wenn die Betätigungseinrichtung wieder getrieben wird, werden, weil die Rotation des rotierenden Ventils bewirkt, daß die ersten Passagen, deren Öffnungsfläche relativ groß ist, die Düsenöffnungen zu überlappen beginnen, die ersten Passagen ver wendet und eine Haupteinspritzung beginnt. Weil beim Beginn dieser Haupteinspritzung das Maß der Öffnung der Düsenöffnungen sich allmählich ändert, ist sie weich, und wenn die Zuführung von Drehmoment zu dem rotierenden Ventil gestoppt wird, wird das rotierende Ventil sofort sicher an seiner Position gehalten und eine große Menge von Kraftstoff kann korrekt eingespritzt werden.

Auch ist, weil die Position des rotierenden Ventils durch den Kraftstoffeinspritzdruck fixiert wird und eine Kraftstoff passagenanordnung vorgesehen ist, die aus Passagen für Pilot einspritzungen und Passagen für Haupteinspritzungen mit unter schiedlichen Öffnungsflächen gebildet ist, eine kleine Betäti gungseinrichtung vom Typ mit Drehung einer Richtung ausreichend und die Kraftstoffeinspritzdüse kann kompakt herge stellt werden.

Wenn die Kraftstoffpassagen als Kanäle gemacht werden, können die Kosten der Kraftstoffeinspritzdüse gesenkt werden, weil sie einfach durch Bearbeitung der Peripherie des Rotati onsventils ausgebildet werden können.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine longitudinale Seitenschnittansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht auf der Linie X-X in Fig. 2;

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines rotierenden Ventils bei der Erfindung zeigt;

Fig. 5A bis 5C sind Ansichten, die eine Beziehung zwi schen der Rotation des rotierenden Ventils von Fig. 4 und einer Änderung in der Düsenöffnungsfläche zeigen, wobei Fig. 5A eine mit einer Düsenöffnung verbundene zweite Passage zeigt (Pilot einspritzzustand), Fig. 5B einen Zustand zeigt, bei dem weder eine zweite Passage noch eine erste Passage mit der Düsenöff nung verbunden ist (Zustand ohne Einspritzung) und Fig. 5C ei ne mit der Düsenöffnung verbundene erste Passage zeigt (Haupt einspritzzustand);

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Beispiel eines rotierenden Ventils bei der Erfindung zeigt;

Fig. 7A bis 7C sind Ansichten, die eine Beziehung zwi schen der Rotation des rotierenden Ventils von Fig. 6 und einer Änderung in der Düsenöffnungsfläche zeigen, wobei Fig. 7A eine mit einer Düsenöffnung verbundene zweite Passage zeigt (Piloteinspritzzustand), Fig. 7B einen Zustand zeigt, bei dem weder eine zweite Passage noch eine erste Passage mit der Dü senöffnung verbunden ist (Zustand ohne Einspritzung), und Fig. 7C eine mit der Düsenöffnung verbundene zweite Passage zeigt (Haupteinspritzzustand);

Fig. 8A bis 8E sind Schnittansichten, die ein Beispiel des Betriebs einer Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der Erfindung darstellen, wobei Fig. 8A einen der Einspritzung vorangehenden Zustand zeigt, Fig. 8B einen Piloteinspritzzustand zeigt, Fig. 8C einen einer Piloteinspritzung folgenden Zustand ohne Ein spritzung zeigt, Fig. 8D einen Haupteinspritzzustand zeigt, und Fig. 8E den Zustand der Kraftstoffeinspritzdüse am Ende der Einspritzung zeigt;

Fig. 9A bis 9E sind Querschnittsansichten auf dem Niveau der Düsenöffnungen, die ein Beispiel des Betriebs einer Kraft stoffeinspritzdüse gemäß der Erfindung darstellen, wobei Fig. 9A einen der Einspritzung vorangehenden Zustand zeigt, Fig. 9B einen Piloteinspritzzustand zeigt, Fig. 9C einen einer Pi loteinspritzung folgenden Zustand ohne Einspritzung zeigt, Fig. 9C einen Haupteinspritzzustand zeigt, und Fig. 9E den Zustand der Kraftstoffeinspritzdüse am Ende der Einspritzung zeigt; und

Fig. 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Betriebs einer Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der Erfindung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden.

Fig. 1 bis Fig. 5 zeigen ein bevorzugten Ausführungsbei spiel einer Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der Erfindung. In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Düsenhalter; 2 einen Antriebskopf, der an dem oberen Ende des Düsenhalters 1 öldicht befestigt ist; und 3 einen Düsenkörper, der mit dem unteren En de des Düsenhalters 1 mit einem Abstandshalter 3' dazwischen verbunden und an dem Düsenhalter 1 durch eine Haltemutter 5 be festigt ist. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet ein Nadelventil (Düsennadel), das durch den Düsenkörper 3 verläuft.

Eine erste Bohrung 100a, die von dem unteren Ende des Dü senhalters 1 ausgeht, und eine Schaftbohrung 100b, die sich von dem oberen Ende der ersten Bohrung 100a zu dem oberen Ende des Düsenhalters 1 erstreckt, sind im Zentrum des Düsenhalters 1 ausgebildet. Die erste Bohrung 100a ist beträchtlich größer im Durchmesser als die Schaftbohrung 100b und hat ein verschieb lich innerhalb desselben angeordnetes Schubelement 101. Eine Düsenfeder 103 zum Schließen des Nadelventils 4, welches später weiter erläutert werden wird, ist zwischen der Oberseite des Schubelements 101 und dem oberen Ende der ersten Bohrung 100a angeordnet.

Der Düsenkörper 3 hat in seinem Mittelbereich in Längs richtung eine Stufe, welche in den Boden der Innenseite der Haltemutter 5 paßt und hat einen sich von dieser Stufe durch die Haltemutter 5 abwärts erstreckenden röhrenförmigen Bereich 31, und eine einschließende Wand 32 (Spitzenbereich), welche darin ausgebildete Düsenöffnungen aufweist, ist an der Spitze des röhrenförmigen Bereichs 31 ausgebildet.

Im Zentrum des Düsenkörpers 3 sind vom oberen Ende zu dem unteren Ende desselben eine Führungsbohrung 300, die mit der ersten Bohrung 100a in dem Düsenhalter 1 konzentrisch ist, und unter dieser ein Kraftstoffreservoir 301 von einem größeren Durchmesser als die Führungsbohrung 300 ausgebildet, und unter halb des Kraftstoffreservoirs 301 ist eine Kraftstoffzufüh rungsbohrung 302 ausgebildet, wie in Fig. 2 gezeigt.

Eine konische Sitzfläche 303 ist an dem unteren Ende die ser Zuführungsbohrung 302 ausgebildet, wie in Fig. 2 gezeigt, und sich von dieser konischen Sitzfläche 303 fortsetzend ist durch die einschließende Wand 32 eine mit einem Boden versehene Bohrung 34 ausgebildet, in welche unter Druck stehender Kraft stoff zugeführt wird.

Eine Öffnung 104 zur Zuführung von unter Druck stehendem Kraftstoff ist an einer Seite des Düsenhalters 1 vorgesehen, wie in Fig. 1 gezeigt, und diese Zuführungsöffnung 104 für un ter Druck stehenden Kraftstoff ist mit einer Kraftstoffein spritzeinrichtung vom Stoßtyp oder einer Kraftstoffeinspritz einrichtung vom Akkumulatortyp (nicht gezeigt) verbunden. Die Zuführungsöffnung 104 für unter Druck stehenden Kraftstoff ist mit dem Kraftstoffreservoir 301 über Durchgangsbohrungen 105, 305 verbunden, welche in dem Düsenhalter 1 und dem Düsenkörper 3 ausgebildet sind, und liefert unter Druck stehenden Kraft stoff in das Kraftstoffreservoir 301.

Das Nadelventil 4 hat an seinem oberen Ende einen Pas sungsbereich 41, welcher mit dem Schubelement 101 zusammenpaßt, und hat an seinem Umfang einen Führungsbereich, welcher einen gleitenden Kontakt mit der Führungsbohrung 300 herstellt, und einen druckaufnehmenden Bereich 42 zum Aufnehmen des Kraft stoffdrucks innerhalb des Kraftstoffreservoirs 301, und ein Schaftbereich 43 zum Bilden einer ringförmigen Kraftstoffpassa ge A zwischen ihm selbst und der Zuführungsbohrung 302 ist un terhalb dieses druckaufnehmenden Bereichs 42 ausgebildet, wie in Fig. 2 gezeigt. Eine konische Sitzfläche 44, welche dazu dient, in und außer Kontakt mit der oben erwähnten Sitzfläche 303 zu kommen, ist an dem unteren Ende von diesem Schaftbereich 43 ausgebildet.

Die Innenseite der die Bohrung 34 begrenzenden einschlie ßenden Wand hat eine konische Oberfläche 341, die mit der Sitz fläche 303 glatt kontinuierlich ist, wie in Fig. 2 gezeigt, und an dem unteren Ende der konischen Oberfläche 341 gibt es eine halbkugelförmige Endwandfläche. Somit ist die Bohrung 34 eine mit einem Boden versehene Bohrung.

Wie in Fig. 3 gezeigt, sind eine Anzahl von mit dem Inne ren der Bohrung 34 in Verbindung stehenden Düsenöffnungen 35 mit einem gleichmäßigen Abstand in Umfangsrichtung in der ein schließenden Wand 32 mit der konischen Oberfläche 341 ausgebil det. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel gibt es fünf Düsenöffnungen 35, die sich radial mit einem Umfangsabstand von 72° erstrecken. Die Achse von jeder Düsenöffnung 35 kann senk recht zu der Düsenachse sein, aber bei diesem bevorzugten Aus führungsbeispiel hat sie einen vorgegebenen Neigungswinkel zu der Düsenachse. Auch, obwohl die Form jeder Düsenöffnung 35 in einem Querschnitt senkrecht zu seiner Achse bei diesem bevor zugten Ausführungsbeispiel kreisförmig ist, kann sie alternativ polygonal sein. Wenn eine polygonale Querschnittsform verwendet wird, ist es möglich das Maß der Änderung in der Düsenöffnungs fläche pro Einheitswinkel der Drehung des rotierenden Ventils, wie unten diskutiert, groß zu machen.

Ein rotierendes Ventil 7 ist rotierbar in der Bohrung 34 angeordnet. Um das rotierende Ventil 7 zu rotieren, wie in Fig. 1 gezeigt, erstreckt sich ein Antriebsschaft 8 durch das Zentrum des Nadelventils 4 aufwärts und dieser Antriebsschaft 8 verläuft durch die erste Bohrung 100a und die zweite Bohrung 100b des Düsenhalters und erreicht den Antriebskopf 2 und ist mit dem Ausgangsschaft einer in dem Antriebskopf 2 angebrachten Betätigungseinrichtung 9 verbunden. So kann das rotierende Ven til 7 über den Antriebsschaft 8 durch die Betätigungseinrich tung 9 um die Achse der Düse rotiert werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist eine erste Bohrung 45a in dem unteren Ende des Nadelventils 4 ausgebildet, eine konische Oberfläche 451 und eine kurze Bohrung 452 sind an dem oberen Ende von dieser ersten Bohrung 45a ausgebildet, und die kurze Bohrung 452 verbindet mit einer zweiten Bohrung 45b von größe rem Durchmesser als die erste Bohrung 45a. Die zweite Bohrung 45b reicht zu dem oberen Ende des Nadelventils 4. Der Antriebs schaft 8 ist in die zweite Bohrung 45b eingesetzt und ein unte res Ende reicht zur Nachbarschaft des unteren Endes der zweiten Bohrung 45b und ist über eine dort angeordnete Kupplung 10 mit dem rotierenden Ventil 7 gekoppelt.

Die Kupplung 10 dient zum Übertragen von Drehmoment und Haltemoment auf das rotierende Ventil 7, während sie ein durch ein Anheben des Nadelventils 4 bewirktes Spiel des rotierenden Ventils 7 in axialer Richtung gestattet, und es wird eine Old ham-Kupplung oder eine ähnliche Art von Kupplung verwendet.

Wie in Fig. 2 gezeigt, hat die Kupplung 10 einen zylindri schen Teil 10a mit einem solchen Durchmesser, daß er lose in die erste Bohrung 45a paßt, und eine Nut 10b zur gleitenden Verbindung in axialer Richtung in Bezug darauf mit dem rotie renden Ventil 7 ist in dem unteren Ende von diesem zylindri schen Teil 10a ausgebildet. Eine konische Oberfläche 10c, welche auf der konischen Oberfläche 451 sitzt, ist an dem obe ren Ende des zylindrischen Teils 10a der Kupplung 10 ausgebil det, ein kurzer Schaftteil 10d, der in die kurze Bohrung 452 paßt, erstreckt sich von dem oberen Ende dieser konischen Ober fläche 10c, ein vorspringendes Stück 10e ist an dem oberen Ende von diesem kurzen Schaftteil 10d ausgebildet, und dieses vor springende Stück 10e steht mit einer in dem unteren Ende des Antriebsschafts 8 vorgesehenen Nut 80 in Eingriff und überträgt Moment.

Die Betätigungseinrichtung 9 ist in einem in dem Antriebs kopf 2 vorgesehenen Raum 200 befestigt. Die Betätigungseinrich tung 9 kann jedwede Betätigungseinrichtung steuerbarer Art sein, deren Ansprechverhalten schnell ist, und zum Beispiel wird ein Schrittmotor oder ein Servomotor verwendet. Der Aus gangsschaft der Betätigungseinrichtung 9 und das obere Ende des Antriebsschafts 8 sind mittels einer Schaftkupplung verbunden oder durch ein Übertragungselement so wie einen exzentrischen Stift oder Zahnräder verbunden.

Das rotierende Ventil 7 ist in Fig. 2 bis Fig. 5C darge stellt. Es hat an seinem oberen Ende eine ebene druckaufnehmen de Oberfläche 74, auf welche der Druck des unter Druck stehenden Kraftstoffs wirkt, wenn das Nadelventil 7 offen ist. Ein vorspringendes Stück 70 ist in ungefähr der Mitte von die ser druckaufnehmenden Oberfläche 74 integral ausgebildet und dieses vorspringende Stück 70 ist vertikal verschieblich in die Nut 10b der Kupplung 10 eingepaßt.

Das rotierende Ventil 7 hat sich von dem Umfang der druck aufnehmenden Oberfläche 74 abwärts erstreckend eine konische Sitzfläche (konische Oberfläche) 72, die in einem Winkel, der mit dem der konischen Oberfläche 341 der einschließenden Wand 32 zusammenpaßt, sich konisch verjüngt, und eine Reibungssitz fläche ist durch die konische Oberfläche 72 und die konische Oberfläche 341 gebildet. Die konische Oberfläche 72 ist auf ei ne Höhe so begrenzt, daß ihr unteres Ende nicht mit der Boden wand der Bohrung 34 in Kontakt kommt.

Der Radius r₁ der druckaufnehmenden Oberfläche 74 des ro tierenden Ventils 7, der untere Endradius r₂ der konischen Sitzfläche 72 und der Neigungswinkel a von der konischen Sitz fläche 72 in Bezug auf die Düsenachse sind so gewählt, daß das Drehmoment T₁ (Nm), das die Tendenz hat, das rotierende Ventil 7 zu rotieren, und das positionshaltende Moment T₂ (Nm), das durch die Reibung zwischen der konischen Sitzfläche 72 und der konischen Oberfläche 341 hervorgerufen wird, stehen in der Be ziehung T₁<T₂. Der Neigungswinkel a der konischen Oberfläche 341 der Bohrung 34 und der konischen Sitzfläche 72 des rotie renden Ventils 7 ist allgemein aus dem Bereich von 50 bis 70° gewählt, und somit ist alles, das notwendig ist, r₁ und r₂ mit diesem als Referenz einzustellen, und indem man dies tut, ist es möglich, die Position des rotierenden Ventils 7 mit dem Kraftstoffeinspritzdruck allein zu fixieren.

Das rotierende Ventil 7 hat Kraftstoffpassagen 73, mit je weils einem Ende sich an der druckaufnehmenden Oberfläche 74 öffnend und dem anderen Ende verbindbar mit den Düsenöffnungen 35 an der konischen Oberfläche 341. Wie in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt, sind diese Kraftstoffpassagen 73 in einer Anzahl von Paaren angeordnet, von denen jedes durch eine erste Passage 73a und eine zweite Passage 73b gebildet ist, und die in der Rei henfolge erste Passage 73a, zweite Passage 73b, erste Passage 73a. . . angeordnet sind.

Die Öffnungsfläche der zweiten Passage 73b ist kleiner als die der ersten Passage 73a. Mehr im einzelnen, wie in Fig. 5A gezeigt, hat der Querschnitt der ersten Passage 73a senkrecht zur Achse derselben eine Abmessung gleich oder größer als der Durchmesser der Düsenöffnung 35, und der Querschnitt der zwei ten Passage 73b senkrecht zur Achse derselben hat eine Abmes sung kleiner als der Durchmesser der Düsenöffnung 35. Der Abstand L zwischen der ersten Passage 73a und der zweiten Pas sage 73b, das heißt, der Abstand zwischen der Kante 731 der er sten Passage 73a und der Kante 732 der benachbarten zweiten Passage 73b ist auf nicht weniger als der Durchmesser der Dü senöffnungen 35 eingestellt.

Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die erste Passage 73a und die zweite Passage 73b schlitzförmige Kanäle, und die unteren Enden der Kanäle enden an einer Position ent sprechend ungefähr unmittelbar unter den Düsenöffnungen 35. Die Kanäle bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind mit ih ren Kanalböden im wesentlichen parallel mit dem Neigungswinkel der konischen Sitzfläche 72 hergestellt. Jedoch können die Ka nalböden alternativ parallel mit der Düsenachse sein.

Ein anderes Beispiel von rotierendem Ventil 7, das bei der Erfindung verwendet werden kann, ist in Fig. 6 und Fig. 7A bis 7C gezeigt. Bei diesem Beispiel sind die erste Passage 73a und die zweite Passage 73b nicht Kanäle, sondern sind vielmehr Öff nungen mit unterschiedlichen Durchmessern.

Obwohl die erste Passage 73a und die zweite Passage 73b vollständig getrennte Öffnungen sein können, ist bei diesem Beispiel in Anbetracht einer leichten Bearbeitung und derglei chen eine gemeinsame Passage 730 von der druckaufnehmenden Oberfläche 74 bis auf eine vorgegebene Tiefe ausgebildet und eine große Öffnung und eine kleine Öffnung, die als erste Pas sage 73a bzw. zweite Passage 73b dienen, sind so ausgebildet, daß sie mit dieser gemeinsamen Passage 730 in Verbindung ste hen. Der Rest des Aufbaus ist der gleiche wie der in Fig. 3 bis Fig. 5C gezeigte und daher sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern versehen und werden hier nicht mehr be schrieben.

Die Zeitlage, zu welcher das rotierende Ventil 7 durch die Betätigungseinrichtung 9 gedreht wird, ist vorzugsweise eine Periode, wenn keine Kraft in axialer Richtung aufgrund des in ternen Drucks des Maschinenzylinders auf den Antriebsschaft wirkt, d. h. während des Einlaßhubs oder des Auslaßhubs des Zy linders. Um diese Rotationszeitlagesteuerung durchzuführen, ist eine aus einer CPU bestehende Steuereinheit 12 elektrisch mit der Betätigungseinrichtung 9 verbunden und ein Maschinen- oder Kraftstoffeinspritzpumpendrehzahlerfassungssensor 120 (oder ein Winkelerfassungssensor) und ein Lasterfassungssensor 121 sind mit Eingängen der Steuereinheit 12 verbunden. Durch diese Mit tel wird ein Signal von dem Drehzahlerfassungssensor 120 stän dig in die Steuereinheit 12 eingegeben, und wenn festgestellt wird, daß sich der Zylinder in einem der oben genannten Hübe befindet, wird ein Treibersignal zu der Betätigungseinrichtung 9 ausgegeben. Ein Signal von dem Lasterfassungssensor 121 wird gleichzeitig in die Steuereinheit 12 eingegeben, und die Trei bersteuerung der Betätigungseinrichtung 9 wird entsprechend ei ner vorgegebenen Karte von Last- und Drehzahldaten ausgeführt.

Auch, um eine Steuerung der Rotation des rotierenden Ven tils 7 durchzuführen, ist vorzugsweise ein Winkelerfassungsme chanismus 11 an der Anordnung des rotierenden Schafts angebracht. Der Winkelerfassungsmechanismus 11 ist eine Ein richtung zum Ausführen einer Korrektur für jede Kraftstoffein spritzung durch Erfassung des tatsächlichen Winkels der Antriebsschaftanordnung (und somit dem des rotierenden Ventils) und Zuführung dieses tatsächlichen Winkelsignals zu der Steuer einheit 12 als Rückkopplungssignal und Bewirken, daß ein Trei bersignal von der Steuereinheit 12 zu der Betätigungs einrichtung 9 ausgegeben wird, wenn ein Fehler zwischen dem tatsächlichen Winkel des rotierenden Ventils 7 und dem einge stellten Winkel vorliegt. Das Treiben der Betätigungseinrich tung 9 auf der Grundlage des Rückkopplungssignals von dem Winkelerfassungsmechanismus 11 wird normalerweise ausgeführt, wenn keine Kraftstoffeinspritzung vorgenommen wird, aber je nach Fall kann es auch während der Kraftstoffeinspritzung aus geführt werden.

Der Winkelerfassungsmechanismus 11 kann zum Beispiel ein Potentiometer, ein Kodierer oder ein Kollimator sein. Bei die sem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Potentiometer ver wendet: Auf der dem Ausgangsschaft gegenüberliegenden Seite der Betätigungseinrichtung 9 ist ein weiterer Ausgangsschaft vorge sehen, und ein Potentiometer ist über eine Schaftkupplung 110 mit diesem verbunden.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel eines Betriebsdiagramms bei der Erfindung. Die Betätigungseinrichtung wird nacheinander in In tervallen in einer Richtung rotiert, der Winkelerfassungsmecha nismus erfaßt diese Rotation und eine Einspritzung des Musters Piloteinspritzung - keine Einspritzung - Haupteinspritzung wird ausgeführt. Jedoch werden in dem Falle dieser Erfindung, wie oben beschrieben, die konische Sitzfläche 72 und die konische Oberfläche 341 der Bohrung 34 durch Reibung unter dem auf die druckaufnehmende Oberfläche 74 des rotierenden Ventils 7 wir kenden Einspritzdruck des unter Druck stehenden Kraftstoffs in Position gehalten. Deswegen ist es möglich, indem man die Dif ferenz zwischen dem Haltemoment T₂ an dem rotierenden Ventil und dem zum Drehen des rotierenden Ventils tendierenden Moments T₁, d. h. T₂-T₁, klein macht und mittels der Betätigungseinrich tung 9 ein gerade zum Überwinden dieser Differenz ΔT zwischen T₂ und T₁ genügend großes kleines Drehmoment anlegt, das rotie rende Ventil 7 zu rotieren und die Öffnungsfläche der Düsenöff nungen 35 unter Verwendung der ersten Passagen 73a und der zweiten Passagen 73b zu verändern, selbst wenn das Nadelventil offen ist und Kraftstoff eingespritzt wird. Dies ist ebenfalls in der Erfindung enthalten.

Bei dieser Erfindung muß nicht notwendigerweise die ganze die Bohrung einschließende Wand eine konische Oberfläche haben. Das heißt, eine gerade zylindrische Oberfläche parallel mit der Achse der Düse kann vom Ende der Sitzfläche 303 zur Mitte ge bildet sein und die sich verjüngende konische Oberfläche 341 kann vom Ende dieser geraden zylindrischen Oberfläche her ge bildet sein. In diesem Fall hat das rotierende Ventil 7 auch eine gerade zylindrische Oberfläche parallel mit der Düsenachse von der druckaufnehmenden Oberfläche 74 zu einem Mittelbereich und die konische Oberfläche 72 ist vom Ende dieser her gebil det. Dies ist auch in der Erfindung enthalten.

Auch ist, obwohl es bei diesem bevorzugten Ausführungsbei spiel fünf Düsenöffnungen 35 und fünf Paare von Kraftstoffpas sagen 73 gibt, die Erfindung natürlich nicht darauf beschränkt und es können alternativ drei oder vier oder sechs oder mehr von jeden sein.

Auch ist die Antriebsschaftanordnung nicht auf die in die sem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschriebene beschränkt, und zum Beispiel kann ein Kupplungsstift zwischen den Antriebs schaft 8 und die Kupplung 10 gefügt sein.

(Betrieb)

Nun soll der Betrieb dieses bevorzugten Ausführungsbei spiels der Erfindung beschrieben werden.

Fig. 8A bis 8E, Fig. 9A bis 9E und Fig. 10 zeigen Zu standsänderungen von einem einer Einspritzung vorangehenden Zu stand zum Ende einer Einspritzung, wobei als Beispiel ein Fall genommen wird, bei dem das in Fig. 4 gezeigte rotierende Ventil verwendet wird.

Wie allgemein bekannt ist, wird unter Druck stehender Kraftstoff von einer (nicht gezeigten) Kraftstoffeinspritzvor richtung durch eine Röhre zu der Zuführungsöffnung 104 für un ter Druck stehenden Kraftstoff geliefert und durch die Passagenbohrungen 105, 305 in das Kraftstoffreservoir 301 ge drückt und strömt von dort abwärts durch die ringförmige Kraft stoffpassage A. Dieser unter Druck stehende Kraftstoff wirkt gleichzeitig auf die druckaufnehmende Oberfläche 42 des in dem Kraftstoffreservoir 301 angeordneten Nadelventils 4, und wenn der Kraftstoffdruck einen solchen Druck erreicht, daß er die eingestellte Kraft der Feder 103 überwindet, wird das Nadelven til 4 angehoben und die Sitzfläche 44 an dem unteren Ende des Nadelventils bewegt sich von der Sitzfläche 303 des Ventilkör pers 3 weg und das Nadelventil 4 öffnet. Wenn der Kraftstoff druck fällt, wird das Nadelventil 4 abwärts gedrückt und durch die Zwangskraft der Düsenfeder 103 geschlossen.

Vor einer Einspritzung ist, wie in Fig. 8A gezeigt, das Nadelventil 4 geschlossen, und wenn während eines Einlaßhubs oder eines Auslaßhubs der Maschine Information über die Dreh zahl (oder den Winkel) und die Last der Maschine oder einer Kraftstoffeinspritzpumpe tragende Signale von dem Drehzahler fassungssensor 120 und dem Lasterfassungssensor 121 zu der Steuereinheit 12 gesendet werden, wird ein entsprechender Win kel berechnet. Ein diesem entsprechendes Treibereingangssignal wird dann der Betätigungseinrichtung 9 zugeführt, eine antrei bende Kraft von der Betätigungseinrichtung 9 wird zu dem An triebsschaft 8 übertragen, und durch dieses über die Kupplung 10 zu dem rotierenden Ventil 7 übertragene Drehmoment wird das rotierende Ventil 7 in zum Beispiel der Uhrzeigerrichtung über einen vorgegebenen Winkel gedreht. Wenn ein eingestellter Win kel erreicht wird, wird ein Antriebsstoppsignal zu der Betäti gungseinrichtung 9 ausgegeben und das rotierende Ventil 7 wird in dieser Position gehalten. Zu der Zeit der oben erwähnten Ro tation ist, weil keine Last in Axialrichtung aufgrund Kraft stoffdrucks auf das rotierende Ventil 7 wirkt, die konische Sitzfläche 72 nicht in festem Kontakt mit der konischen Ober fläche 341 der die Bohrung einschließenden Wand und daher kann das rotierende Ventil 7 leicht und glatt über den gewünschten Winkel gedreht werden.

Als Ergebnis werden die zweiten Passagen 73b mit kleinen Öffnungsflächen (Querschnittsflächen senkrecht zur Achse) in den Paaren von Kraftstoffpassagen 73 des rotierenden Ventils 7 einzeln mit den Düsenöffnungen 35 ausgerichtet, um eine für ei ne Piloteinspritzung geeignete Düsenöffnungsfläche zu schaffen. Die ersten Passagen 73a sind nicht mit den Düsenöffnungen 35 ausgerichtet und sind durch die konische Oberfläche 341 der die Bohrung einschließenden Wand bedeckt. Dieser Zustand ist in Fig. 5A und Fig. 9A gezeigt.

Wenn von diesem Zustand der Kraftstoffdruck ansteigt und das Nadelventil 4 geöffnet wird, wird die Kupplung 10 angeho ben, weil unter hohem Druck stehender Kraftstoff in die Bohrung 34 eintritt und auf die untere Endfläche des zylindrischen Teils der Kupplung 10 wirkt. Gleichzeitig damit tritt unter ho hem Druck stehender Kraftstoff durch die zweiten Passagen 73b der Paare von sich an der druckaufnehmenden Oberfläche 74 des rotierenden Ventils 7 öffnenden Kraftstoffpassagen 73 hindurch und wird durch die Düsenöffnungen 35 eingespritzt. Weil die Öffnungsfläche der zweiten Passagen 73b klein ist, wird der Kraftstoff durch die Düsenöffnungen 35 piloteingespritzt. Dies ist der in Fig. 5A, Fig. 8B und Fig. 9B gezeigte Zustand.

Zur Zeit dieser Piloteinspritzung wirkt der Kraftstoffein spritzdruck auf die druckaufnehmende Oberfläche 74 an dem obe ren Ende des rotierenden Ventils 7. Als Ergebnis wird das rotierende Ventil 7 in seiner axialen Richtung abwärts ge drückt, die konische Sitzfläche 72 an seiner Peripherie kommt fest in Oberflächenkontakt mit der konischen Oberfläche 341 der die Bohrung einschließenden Wand und bildet eine Oberflächen dichtung, und es tritt dort eine Reibungshaltekraft auf. Diese Reibungshaltekraft ist größer als die durch den auf die Düsen öffnungen 35 wirkende durch den Einspritzdruck hervorgerufene Kraft, die die Tendenz hat, das rotierende Ventil 7 zu drehen. Als Ergebnis wird das rotierende Ventil 7, das, während das Na delventil 4 geschlossen war, zur Piloteinspritzung auf einen vorgegebenen Winkel gedreht worden ist, zur Zeit der Kraft stoffeinspritzung fest in dieser Position gehalten. Auch ver hindert der Kontakt zwischen der konischen Sitzfläche 72 und der konischen Oberfläche 341 eine Leckage von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff in der Umfangsrichtung.

Dann, wenn ein die Piloteinspritzung beendender Befehl von der Steuereinheit 12 gesendet wird, wird die Betätigungsein richtung 9 wiederum angetrieben und der Antriebsschaft 8 wird von der oben erwähnten Winkelposition in der Uhrzeigerrichtung angetrieben. Das rotierende Ventil 7 wird dadurch bewegt, wie durch den Pfeil in Fig. 5A gezeigt, und die zweiten Passagen 73b werden aus der Ausrichtung mit den Düsenöffnungen 35 bewegt und erreichen eine solche Position, daß die Düsenöffnungsfläche Null ist, d. h. eine solche Position, daß die konischen Sitzflä chenbereiche zwischen den zweiten Passagen 73b und den ersten Passagen 73a mit den Düsenöffnungen 35 ausgerichtet sind. Dies ist der in Fig. 5B und Fig. 9C gezeigte Zustand.

Wenn das rotierende Ventil 7 so weit wie diese Position gedreht worden ist, wird das Antreiben der Betätigungseinrich tung 9 vorübergehend gestoppt. In dem Augenblick, in dem dieses Antreiben der Betätigungseinrichtung 9 stoppt, wird das rotie rende Ventil 7 durch den auf die druckaufnehmende Oberfläche 74 an dem oberen Ende des rotierenden Ventils 7 wirkenden Kraft stoffdruck in Position gehalten. Weil das Ausgangssignal des Winkelerfassungsmechanismus 11 über die Steuereinheit 12 zu der Betätigungseinrichtung 9 geliefert wird, wird die Position des rotierenden Ventils 7 mit guter Genauigkeit gesteuert.

In diesem Zustand wird, weil die Düsenöffnungen 35 durch die konische Sitzoberfläche 72 des rotierenden Ventils 7 abge deckt sind, wie in Fig. 8C und Fig. 9C gezeigt, kein unter hohem Druck stehender Kraftstoff eingespritzt und der Zustand ist daher einer ohne Einspritzung, und die Einspritzrate ist wie in Fig. 10 gezeigt.

Als nächstes, wenn eine eine Haupteinspritzung befehlende Instruktion von der Steuereinheit 12 ausgegeben wird, dreht die Betätigungseinrichtung 9 wieder in Richtung des Uhrzeigersinns und das rotierende Ventil 7 wird somit gedreht, und als Ergeb nis kommen die ersten Passagen 73a, deren Öffnungsfläche rela tiv groß ist, mit den Düsenöffnungen 35 zu überlappen, und wenn eine Düsenöffnungsfläche (die verbundene Fläche der ersten Pas sagen 73a und der Düsenöffnungen 35), die für eine Hauptein spritzung optimal ist, erreicht wird, so daß sie der Last und der Maschinendrehzahl entspricht, wird das Antreiben der Betä tigungseinrichtung 9 gestoppt und eine Haupteinspritzung ge startet. Dieser Zustand ist in Fig. 5C, Fig. 8D und Fig. 9D gezeigt. Das Maß der Verbindung der ersten Passagen 73a und der Düsenöffnungen 35 nimmt mit der Rotation des rotierenden Ven tils 7 allmählich zu.

Wenn dann, nachdem eine vorgegebene Zeit verstrichen ist, eine die Beendigung der Haupteinspritzung befehlende In struktion abgegeben wird, dreht sich die Betätigungseinrichtung 9 wiederum in Richtung des Uhrzeigersinns und das rotierende Ventil 7 wird gedreht, wie in Fig. 9E gezeigt. Als Ergebnis erreichen die Flächen zwischen den ersten Passagen 73a und den zweiten Passagen 73b der Paare von Kraftstoffpassagen 73 den Düsenöffnungen 35 gegenüberliegende Positionen und werden dort angehalten. Gleichzeitig mit dem Stoppen des rotierenden Ven tils 7 senkt sich das Nadelventil 4 und kommt auf der konischen Sitzfläche 303 zu sitzen und die Einspritzung endet vollstän dig.

Dies beendet einen Kraftstoffeinspritzzyklus, und bevor die nächste Einspritzung ausgeführt wird, wird das rotierende Ventil 7 durch Antreiben der Betätigungseinrichtung 9 gedreht und die zweiten Passagen 73b werden mit den Düsenöffnungen 35 ausgerichtet, so daß die Düsenöffnungsfläche eine wird, die für eine Piloteinspritzung geeignet ist.

Um Genauigkeit der durch die Position des rotierenden Ven tils 7 bestimmten Düsenöffnungsfläche zu erreichen, wird das Antreiben der Betätigungseinrichtung 9 mit ständiger Referenz zu dem Ausgangssignal des Winkelerfassungsmechanismus 11 ge steuert. Durch diese Maßnahme kann die Position des rotierenden Ventils 7 korrigiert werden, und die Variation bei der Sprühung von Einspritzung zu Einspritzung kann reduziert werden.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel des Betriebs einer Kraftstoff einspritzdüse gemäß der Erfindung, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Das heißt, obwohl in dem Diagramm von Fig. 10 das rotierende Ventil 7 intermittierend gestoppt wird, kann abhängig von der Geschwindigkeit der Drehung der Betätigungs einrichtung 9 ein Einspritzmuster von keine Einspritzung - Pi loteinspritzung - keine Einspritzung - Haupteinspritzung alternativ erhalten werden, indem die Betätigungseinrichtung 9 kontinuierlich in Drehung versetzt wird, ohne sie intermittie rend zu stoppen.

Wenn die Kraftstoffpassagen 73 des rotierenden Ventils 7 von einer Art gemacht sind, die aus Öffnungen von verschiedenen Durchmessern der in Fig. 6 gezeigten Art bestehen, ist während der Piloteinspritzung der Zustand der in Fig. 7A gezeigte, während des Zustands keiner Einspritzung der von Fig. 7B, und während der Haupteinspritzung ist der Zustand der von Fig. 7C. Im übrigen ist dieser Fall der gleiche wie der des oben be schriebenen Beispiels.

In jedem Falle kann bei dieser Erfindung, weil die Positi on des rotierenden Ventils 7 allein durch den Kraftstoffein spritzdruck fixiert wird, eine kleine und ein niedriges Drehmoment aufweisende Betätigungseinrichtung 9 verwendet wer den und eine Zunahme der Größe der Kraftstoffeinspritzdüse kann dadurch vermieden werden und die Positionierung und Installati on der Kraftstoffeinspritzdüse in Bezug auf die Maschine kann leicht gemacht werden.

Auch wird, weil das rotierende Ventil 7 und die die Boh rung einschließende Wand durch deren konische Oberflächen mit einander oberflächenabgedichtet werden, eine sogenannte Zwischendüsenöffnungskraftstoffleckage verhindert werden, bei der etwas Kraftstoff in der Umfangsrichtung zwischen der die Bohrung einschließenden Wand und der Umfangsoberfläche des ro tierenden Ventils fließt, und es wird ein Sprühen mit einer ge nau verteilten Sprühmenge bewirkt.

Wenn die Kraftstoffpassagen 73 des rotierenden Ventils 7 als Kanalstruktur hergestellt werden, gibt es den Vorteil, daß die Bearbeitung der Kraftstoffpassagen 73 leicht wird und es ist möglich, Kostenverminderungen zu erreichen. Bei dieser Ka nalstruktur kann, wenn die Kanalböden parallel mit der koni schen Sitzfläche 72 gemacht werden, das Haltemoment an dem rotierenden Ventil 7 groß gemacht werden, weil es möglich ist, die Fläche der druckaufnehmenden Oberfläche 74 groß zu machen.

Auch, erhöht eine resultierende Reibungskraft weiterhin die Sicherheit des Haltens des rotierenden Ventils 7, wenn die Kupplung 10 mit einer konischen Oberfläche 10c versehen ist, weil diese und die konische Oberfläche 451 der ersten Bohrung 45a aufeinander zu sitzen kommen. Darüber hinaus verhindert die Oberflächendichtung zwischen den konischen Oberflächen 10c und 451 auch eine Leckage von Kraftstoff aufwärts. Als Ergebnis kann ein Sprühen von Kraftstoff ausgeführt werden, bei dem der Einspritzdruck auf dem Anfangswert gehalten wird.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzdüse mit einer in einem Spitzenbereich eines Düsenkörpers (3) ausgebildeten Bohrung (34) zum Führen von unter Druck stehendem Kraftstoff und einem an der Eingangs seite der Bohrung (34) angeordneten Nadelventil (4), das durch einen vorgegebenen Kraftstoffdruck geöffnet wird, und einer An zahl von Düsenöffnungen (35) zum Sprühen von unter Druck ste hendem Kraftstoff, die in Umfangsrichtung beabstandet in einer die Bohrung (34) begrenzenden einschließenden Wand (32) vorge sehen sind, sowie einem innerhalb der Bohrung (34) angeordneten rotierenden Ventil (7), wobei das rotierende Ventil (7) durch eine Betätigungseinrichtung (9) gedreht wird, um die Öffnungs fläche der Düsenöffnungen (35) einzustellen, wobei:

(i) die einschließende Wand (32) der Bohrung (34) eine ko nische innere Oberfläche (341) aufweist und sich die Düsenöff nungen (35) an dieser konischen inneren Oberfläche (341) öffnen;
(ii) das rotierende Ventil (7) an seinem oberen Ende eine druckaufnehmende Oberfläche (74) zum Aufnehmen des Drucks des unter Druck stehenden Kraftstoffs aufweist und an seiner Um fangsperipherie eine konische Sitzfläche (72) mit einem mit dem Winkel der konischen inneren Oberfläche (341) der einschließen den Wand (32) zusammenpassenden Winkel aufweist und, wenn ein Kraftstoffeinspritzdruck auf die druckaufnehmende Oberfläche (74) wirkt, die konische innere Oberfläche (341) und die koni sche Sitzfläche (72) in Reibungskontakt geraten und das rotie rende Ventil (7) dadurch in Position gehalten wird;
(iii) eine Anzahl von Paaren von Kraftstoffpassagen (73), von denen jedes Paar aus einer ersten Passage (73a) und einer zweiten Passage (73b), deren Öffnungsfläche kleiner als die der ersten Passage (73a) ist, besteht, von denen jede Passage (73) mit einem Ende mit der druckaufnehmenden Oberfläche (74) in Verbindung steht und das andere Ende mit den Düsenöffnungen (35) verbindbar ist, in dem rotierenden Ventil (7) in Richtung der Rotation derselben beabstandet vorgesehen sind; und
(iv) durch Drehen des rotierenden Ventils (7) in einer Richtung die Düsenöffnungen (35) mit den zweiten Passagen (73b) verbunden werden und dann durch Bereiche der konischen Sitzflä che (72) zwischen den zweiten Passagen (73b) und den ersten Passagen (73a) abgedeckt werden und dann mit den ersten Passa gen (73a) verbunden werden.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, bei der der koni schen inneren Oberfläche (341) der einschließenden Wand (32) der Bohrung (34) und der konischen Sitzfläche (72) des rotie renden Ventils (7) ein solcher Winkel gegeben ist, daß ein Rei bungshaltemoment, das ein Drehmoment mit der Tendenz, das rotierende Ventil (7) in der Umfangsrichtung zu drehen, über schreitet, als Ergebnis des Einspritzdrucks während der Kraft stoffeinspritzung auftritt, und der Querschnitt senkrecht zur Achse von jeder der ersten Passagen (73a) eine Abmessung hat, die nicht kleiner als der Durchmesser der Düsenöffnungen (35) ist, und der Abstand zwischen den ersten Passagen (73a) und den zweiten Passagen (73b) nicht kleiner als der Durchmesser der Düsenöffnungen (35) ist.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, bei der die ersten Passagen (73a) und die zweiten Passagen (73b) schlitzförmige Kanäle von unterschiedlichen Größen sind.

4. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, bei der die ersten Passagen (73a) und die zweiten Passagen (73b) Öff nungen von unterschiedlichen Größen sind.

5. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, bei der die druckaufnehmende Oberfläche (74) des rotierenden Ventils (7) über eine in einen Spitzenbereich des Nadelventils (4) einge paßte Kupplung (10) mit einem Antriebsschaft (8) gekuppelt ist, und dieser Antriebsschaft (8) durch die Betätigungseinrichtung (9) angetrieben wird.

6. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 5, bei der die druckaufnehmende Oberfläche (74) ein vorspringendes Stück (70) aufweist und dieses vorspringende Stück (70) in eine Nut (10b) der Kupplung (10) in Bezug darauf axial verschieblich einpaßt.

7. Kraftstoffeinspritzdüse mit einer in einem Spitzenbereich eines Düsenkörpers (3) ausgebildeten Bohrung (34) zum Führen von unter Druck stehendem Kraftstoff und einem an der Eingangs seite der Bohrung (34) angeordneten Nadelventil (7), das durch einen vorgegebenen Kraftstoffdruck geöffnet wird, und einer An zahl von Düsenöffnungen (35) zum Sprühen von unter Druck ste hendem Kraftstoff, die in einer die Bohrung (34) begrenzenden einschließenden Wand (32) in Umfangsrichtung beabstandet vorge sehen sind, sowie einem innerhalb der Bohrung (34) angeordneten rotierenden Ventil (7), wobei das rotierende Ventil (7) durch eine Betätigungseinrichtung (9) gedreht wird, um die Öffnungs fläche der Düsenöffnungen (35) einzustellen, wobei:

(i) die einschließende Wand (32) der Bohrung eine konische innere Oberfläche (341) aufweist und sich die Düsenöffnungen (35) an dieser konischen inneren Oberfläche (341) öffnen;
(ii) das rotierende Ventil (7) an seinem oberen Ende eine druckaufnehmende Oberfläche (74) zum Aufnehmen des Drucks des unter Druck stehenden Kraftstoffs aufweist und an seiner Um fangsperipherie eine konische Sitzfläche (72) mit einem Winkel aufweist, der mit dem Winkel der konischen inneren Oberfläche (341) der einschließenden Wand (32) zusammenpaßt, und, wenn ein Kraftstoffeinspritzdruck auf die druckaufnehmende Oberfläche (74) wirkt, die konische innere Oberfläche (341) und die koni sche Sitzfläche (72) in Reibungskontakt geraten und das rotie rende Ventil (7) dadurch in Position gehalten wird;
(iii) eine Anzahl von Paaren von Kraftstoffpassagen (73), von denen jedes Paar aus einer ersten Passage (73a) und einer zweiten Passage (73b), deren Öffnungsfläche kleiner als die der ersten Passage (73a) ist, besteht, von denen jede Passage (73) mit einem Ende mit der druckaufnehmenden Oberfläche (74) in Verbindung steht und das andere Ende mit den Düsenöffnungen (35) verbindbar ist, in dem rotierenden Ventil (7) in Drehrich tung desselben beabstandet vorgesehen sind;
(iv) durch das in einer Richtung gedrehte rotierende Ven til (7) die Düsenöffnungen (35) mit den zweiten Passagen (73b) verbunden werden und dann durch Bereiche der konischen Sitzflä che (72) zwischen den zweiten Passagen (73b) und den ersten Passagen (73a) abgedeckt werden und dann mit den ersten Passa gen (73a) verbunden werden; und
(v) ein Winkelerfassungsmechanismus (11) auf dem Ausgangs schaft der Betätigungseinrichtung (9) vorgesehen ist und dieser Winkelerfassungsmechanismus (11) mit einer Steuereinheit (12) zum Treiben der Betätigungseinrichtung (9) verbunden ist und der Winkel des rotierenden Ventils (7) auf der Basis eines Si gnals von dem Winkelerfassungsmechanismus (11) korrigiert wird.