DE2127460B2 - Rotationssymmetrisch gebaute brennstoffeinspritzduese - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine rotationssymmetrisch gebaute Brennstoffeinspritzdüse für Kolbenbrennkraftmaschinen mit eine in einer Führungsbohrung beweglich angeordneten Düsennadel, die über eine am brennstoffeintrittsscitigen Ende der Düsennadel ausgebildeten Flansch anliegende, als Schraubendruckfeder ausgebildete Schließfeder mit ihrem Sitz gegen einen enti-prechei den Gegensitz im Düsenkörper in Schließstellung gehalten wird und mit einer koaxial zu ihrer Achse verlaufenden, brennstoffeintrittsseitig offenen Sackbohrung versehen ist, in der eine von der Schließfeder konzentrisch u.ngebene Brennstoffzuführhülse mit Schiebesitz geführt ist, die eine koaxial zur Hülsenachse verlaufende Durchgangsbohrung aufweist, die einerseits an die Brenn-Stoffzuleitung angeschlossen ist und düsennadelsitzseitig in einem vom Ende der Sackbohrung gebildete:. Hohlraum mündet, der über Austrittsbohrungen ti it einem unmittelbar obe/halb des Düsennadelsitzes konzentrisch zur Düsennadel angeordneten und diese umgebenden Brennstoffraum in Verbindung steht, von wo dem unter Einspritzdruck stehenden Brennstoff nach Abheben der Nadel vom Gegensitz der Weg zu einem Düsenmündungsteil freigegeben wird. Eine derartige Einspritzdüse ist aus der deutschen Patentschrift 483 614 bekannt. Durch die zentrale Zuführung des Brennstoffs lassen sich mit dieser Düse Störungen des an sich angestrebten rotationssymmetrischen AuP'aus einer Einspritzdüse bereits unterbinden. Außerdem ließe sich bei dieser Düse, abgesehen von einer radial gedrängten Bauweise, eine optimale Anordnung von Kühlkanälen ermöglichen und somit ein Auftreten schädlicher Wärmespannungen unterbinden.

Bei der Anordnung nach der genannten deutschen Patentschrift 483 614 ist die in die Düsennadel eingepaßte Zul'ührhülse in ihrem den Düsenöffnungen abgewandten Bereich zu einem über die gesamte Höhe der Einspritzdüse reichenden hohlzylindrisciien Körper aufgeweitet, in den die Rohrleitung zur Zufährung des Brennstoffs eingepaßt ist und durch Verschraubung beider Teile auf einen kegeligen Dichtsitz angepreßt wird. Weiterhin ist die die Rohrleitung zur Zuführung des Brennstoffs aufnehmende Zuführhülse an ihrem den Düsenöffnungen abgewandten Ende in einem am Einspriizdüsenhaiterende eingeschraubten Hohlstopfen geführt. Da zur Erzielung einer ausreichenden Dichtwirkung an der Gleitfläche zwischen Düsennadel ui:d Zuführhülse eine sehr genaue Passung eingehalten werden muß, ist es deshalb notwendig, bei jedem Auswechseln einer infolge der ständigen Verschleißerscheinungen unbrauchbar gewoi'denen Düsennadel auch die gesamte, über die ganze Höhe der Einspritzdüse sich erstreckende Zuführhülse durch eine neue, genau in die Sackbohrung der neuen Düsennadel eingepaßte Zuführhülse zu ersetzen. Da auf Grund der an der Gleitfläche zwischen der Zuführhülse und der Düsennadel entstehenden hohen Belastungen ein hochwertiges Material für die gesamte Zuführhülse gewählt werden muß.

ergibt sich durch den laufenden Austausch der über die gesamte Höhe der Einspritzdüse sich erstreckenden Zuführhülse eine wesentliche Erhöhung der laufenden Betriebskosten. Aber abgesehen davon entstehen hierbei durch geringe Ungenauigkcitcn bei der Fertigung, beispielsweise nicht genau fluchtende Führungen für die Zuführhülse im Bereich der Düsennadel sowie des Hohlslopfcns, relativ hohe, insbesondere im Bereich der Gleitfläche von Düsennadel und Zuführhülse schädliche Zwangskräfte, wodurch der Verschleiß dieser ohnehin schon hochbeanspruchten Stelle noch mehr beschleunigt wird. Die hier gezeigte Lösung einer zentralen Brennstoffzuführung ist somit äußerst aufwendig und vor allem

herstellungstechnisch insbesondere im Hinblick auf die auftretenden Dichiprobleme kompliziert und schwierig.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, für eine rotationssymmetrisch gebaute Brennstoffeinspritzdüse der eingangs beschriebenen Art eine einfachere und funktionssichere Anordnung zur zentralen Zuführung des einzuspritzenden Brennstoffs zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelösi. daß die Schließfeder sich an ihrem der Düsennadel abgewandten Ende gegen eine Anlagefläche eines am Ende der Zuführhülse angeordneten Flansches abstützt, der auf seiner der Anlagefläche für die Schließfeder abgewandten Seite eine ebene, senkrech! zur Achse der Zuführhülse liegende, kreisringförmige Stirnfläche aufweist, mit welcher die Zuführhülse mit Hilfe der Schließfeder dichtend gegen eine in gleicher Weise ausgebildete Stirnfläche eines mit der Zuführhülse fluchtenden, fest im Düsenhalter angeordneten Zuführstutzens zur Anlage gebracht wird. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln wirksam verhindert, daß Querkräfie auf die Zuführhülse und somit auf die Düsennadel ausgeübt werden, beispielsweise durch Fluchtungsfehler bei der Fertigung oder auftretende Wärmedehnungen. Solche Querkräfte Iuhren in der Regel, abgesehen von einem erhöhten Verschleiß, zu einem totalen Klemmen der Düsennadel. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß die Zuführhülse zusammen mit den angrenzenden, zum Brennraum hin liegenden Teilen in brennraumseitiger Richtung leicht gelrennt ausgebaut weiden können. Infolge der Aufteilung der Brennstoffzuleitung in die kurze, in die Düsennadel einge paßte Zuführhülse mit einer senkrecht zur Achse der Hülse angeordneten Stirnfläche und den mit einer kreisrngförmigen Stirnfläche dichtend daran anliegenden Zuführstutzen, ergibt sich die Möglichkeit, die einem hohen Verschleiß unterliegenden und deshalb oft auszuwechselnden Teile besonders k'cin ausführen zu können. Außerdem kann die Werkstoffauswahl den unterschiedlichen Belastungen der verschiedenen Teile entsprechend geti offen werden, womit sich eine optimale Kostengestaltung ergibt.

Aus der USA.-Patentschrift 3 387^790, insbesondere den F i g. 6 und 7, ist zwar die Anpressung einer Zuführhülse an einen getrennt ausgebildeten Zuführstu'zcn durch die Spannkraft einer Schließfeder bereits bekannt. Hier jedoch ist der Zuführstutzen mit Schicbesitz im Düsenkörper geführt und stützt sich seinerseits über ein rohrförmigcs Zwischenstück an der Düsennadel ab. Die für die Brennstoffzufuhr zur Düsennadel unter Druck notwendige Dichtung an den Verbindungsstellen der einzelnen Teile erfolgt mittels Anpreßkraft durch eine zugleich die Düsennadel in Schließstellung haltende Schließfeder, die sich einerseits über eine Büchse am Zuführstut/xn und andererseits an einer Fläche im Düsenhalter abstützt. Bei jedem Hub der Düsennadel wird somit außer der Düsennadel noch der Zuführstutzen samt der die Abstützung der Schließfeder übernehmenden Büchse sowie des Zwischenstücks mitbewegt, so daß bei jeder Ölfnungs- und Schließbewegung relativ große Massen beschleunigt und wieder verzögert werden müssen was sich unter anderem negativ auf die exakte Dosicrbarkeit des einzuspritzenden Brennstoffs auswirken kann. Außerdem ergeben sich infolge der als Kegelsitzc ausgebildeten Dichtflächen des Zwischenstücks bei beispielsweise leichten ITuehtung-iahweicluingen der Mittellängsachsen der Düsennadel und des Zuführstutzens in unerwünschter Weise Seitenkräfte, die einen erhöhten Verschleiß an

den Gleitflächen hervorrufen und zu einem Klemmen führen können. Schließlich können sich Schwierigkeiten hinsichtlich der Abdichtung ergeben, da durch die Bewegbarkeit des Zuführstutzens in seiner rührung sowie die Zwischenschaltung des rohrförmigen

ίο Zwischenstücks die Anzahl der Dichtstellen merklich erhöht ist.

Demgegenüber ergibt sich nach der erfindungsgemäß angegebenen Lösung der Vorteil, daß bei einer Betätigung der Einspritzdüse lediglich die Düsennadel zu beschleunigen und wieder zu verzögern ist. Infolge der Ausbildung des Zuführstutzens als feststehendes Teil und dem Wegiall des rohrförmigen Zwischenstücks ist die Anzahl der Dichtstellen verringert. Der besondere Vorteil gegenüber der aus der USA.-Patentschrift 3 387 . JO bekannten Einspritzdüse ist jedoch in der parallelachsig freien Einstellbarkeit der Zuführhülse gegenüber dem Zuführstutzen zu sehen, so daß Verklemmunjjen. die durch über der Teilluge liegende Teile verursacht werden könnten, ausgeschaltet sind.

In vorteilhafter Weise kann eine zusätzliche Anpreßkraft zwischen Zuführhülse und Zuführstutzen dadurch erreicht werden, chß die dem in der Sackbohrung der Düsennadel ausgebildeten Hohlraum 30 zugewandte Stirnfläche der Zuführhülse ilächenmäßig größer ist als die Dichtfläche zwischen dem Zuführstutzen und der Zuführhülse.

Weiterhin erweist es sich als zweckmäßig, wenn der Zufiihrstulzcn an seinem Außenumfang eine 35 durch ein Mantelblech verschlossene ringförmige Ausnehmung aufweist. Diese Maßnahme ist mit dem Vorteil verbunden, daß der eveniuell aufgeheizte Brennstoff auf seinem Weg dirch kühlere, dem Brennraum abgewandte Bereiche im Oberteil der 40 Einspritzdüse nicht merklich am Wärme verliert. Bei gekühlten Einspritzdüsen mit zentraler Brennstoffzuführung kann somit die Gefahr ausgeschaltet werden, daß der Brennstoff infolge von Wärmeverlusten im oberen Bereich der Einspritzdüse zähflüssig wird. 45 d.h. den Wärmeverlusten entsprechenden Viskositätsschwankungen unterworfen ist. Da die Durchsatzmenge in einem engen Verhältnis zum Biennstoffdruck us d zur Brennstoffviskosität steht, würden sich bei unterschiedlichen Brennstoffviskositäten unter-50 schiedliche Einspritzmengen ergeben. Außerdem läßt sich durch eine derartige thermische Isolierung die angestrebte, dem Brennstoff durch eine eventuelle Aufheizung erteilte Eigenschaft hinsichtlich einer guten Strahlverteilung bei der Einspritzung unabge-55 schwächt erhalten. Somit wird auch dieses zumindest bei gekühlten Einspritzventilen mit einer zentralen Zuführung des Brennstoffs auftretende Problem einer einfachen I ösung zugeführt.

Bezüglich der durch Abschluß einer ringförmigen 60 Ausnehmung durch ein Mantelblech möglichen thermischer Isolierung sei an dieser Stelle noch auf die aus der schweizerischen Patentschrift 47S 985 bereits bekannte Ausführungsform hingewiesen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach-65 stehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch eine Einspritzdüse gemäß der Erfindung.

Eine Einspritzdüse 1 ist mit ihrer Düseninuttcr 2 in

einem konischen Sitz 3 in der Wand 4 eines Brennraums 5 gelagert und wird dort durch nicht näher dargestellte, am Düsenhalter 6 und der Wand 4 des Brennraums 5 angreifende Spannschrauben in ihrer Lage gesichert. In der Düsenmutter 2 ist an deren brcnnraumseuigem Ende ein Düsenöffnungen 7 aufweisendes Düsenmündungsteil 8 eingesetzt, an dessen Innenseite ein Düsenkörper 9 vom Düsenhalter 6 dichtend derart angedrückt wird, daß eine zentrale, mit den Düsenöffnungen 7 verbundene Abschlußbohrung 10 im Düsenmündungsteil 8 mit einer Verbindungsbohrung 11 im unteren Ende des Düsenkörpers 9 fluchtet. Der Düsenkörper9 hat in seinem unteren, dem Brennraum zugewandten Bereich an seiner zur Düsenmutter 2 hingewandten Außenfläche Kühlkanäle 12 zur Aufnahme eines Kühlmittels und weist eine koaxial zur Düsenhalterachse angeordnete Führungsbohrung 13 zur Aufnahme einer Düsennadel 14 auf. In die Düsennadel 14 wiederum ist eine koaxial zur ihrer Achse verlaufende und nach oben hin offene Sackbohrung IS eingearbeitet, in welcher eine hohlzylindrischc Zuführhülsc 16 mit Schicbesitz gelagert ist. Die Zuführhülsc 16 ragt aus der Sackbohrung 15 der Düsennadel 14 so weit heraus, daß zwischen einer Anlagcflächc an einem Flansch 30 der Düsennadel 14 und einer Anlageflächc 32 an einem Flansch 31 der Zuführhülse 16 eine als SchraVibcndruckfedcr ausgebildete Schließfeder 17 vorgesehen werden kann, welche einerseits die Düsennadel 14 mit ihrem Sitz gegen einen entsprechenden Gegensitz 18 am oberen Ende der Verbindungsbohrung 11 im Düsenkörper 9 andrückt und andererseits den Flansch 31 der Zuführhülse 16 über eine senkrecht zur Achse der Zuführhülsc 16 liegende kreisringförmige Stirnfläche 26 dichtend gegen eine in gleicher Weise ausgebildete Stirnfläche 33 eines mit dem Düsenhalter 6 verbundenen Zuführstutzens 19 anpreßt.

Der Brennstoff gelangt durch eine mit einer Durchgangsbohrung 20 der Zuführhülse 16 fluchtende Bohrung 21 im Zuführstutzen 19 in die Zuführhülse 16 und tritt an deren unterem Ende in einen Hohlraum 22 ein, der durch das brennraumscitige Ende der Sackbohrung 15 in der Düsennadel 14 gebildet wird. Der Hohlraum 22 wiederum ist über Austrittsbohrungen 23 mit einem Brennstoffraum 24 verbunden, welcher den Gegensitz 18 der Düsennadel 14 im Düsenkörper 9 umgibt, und dessen obere Begrenzung durch die Düsennadel 14 gebildet wird.

Ein steigender Brennstoffdruck im Brennstoffraum 24 erzeugt eine ansteigende und in Öffnungsrichtung weisende Kraft auf die Düsennadel 14. Übersteigt diese Kraft die Vorspannung der Schließfeder 17, so wird die Düsennadel 14 vom Gegensitz 18 im Düsenkörper 9 abgehoben und der Brennstoff gelangt über die Verbindungsbohrung 11 in die Abschlußbohrung 10 im Düsenmündungsteil 8, von wo er durch die Düsenöffnungen 7 in den Brennraum 5 einspritzt. Der Hub der Düsennadel 14 wird durch eine ringförmige Schulter 25 des Düsenhalter 6 begrenzt.

Mit der vorliegenden Einspritzdüse wird neben einem weitgehend ungestörten rotationssymmctrisehen Aufbau auch eine optimale Führung der Kühlkanäle 12 und insbesondere der Zu- und Ablaufkanälc für das Kühlmittel ermöglicht. Durch den rotalionssymmetrischen Grundaufbau erfolgen die radialen Wärmedehnungen aller Teile weitgehend gleichmäßig, so daß die kreisringförmigen Querschnitte dieser Teile erhalten bleiben. Damit und durch die verbesserte Kühlung ist die Gefahr eines Klemmcns der Düsennadel 14 durch ungleichmäßige Verformung stark vermindert. Dem Zweck, ein Klemmen der Düsennadel 14 zu vermeiden, dient weiterhin auch das Vorsehen eines deutlichen Spiels der Düsennadel 14 gegenüber dem Düsenkörper 9 zwischen der Führungsbohrung 13 und dem Brennstoffraum 24. Durch die Anordnung einer senkrecht zur Achse der Einspritzdüse I liegenden kreisringförmigen Dichtfläche zwischen der Zuführhülse 16 und dem Zuführstutzen 19 wird zudem eine Übertragung von gefährlichen Seitenkräften auf die Düsennadel 14 ausreichend vermieden. Die Abdichtung des unter hohem Druck stehenden Brennstoffs wirft keine Probleme auf. wenn beachtet wird, daß die Größe der kreisringförmigen Dichtfläche zwischen der Zuführhülse 16 und dem Zuführstutzen 19 so bemessen ist. daß der durch die Vorspannung der Schließfeder 17 erzeugte Flächendruck an der Dichtfläche den Druck des Brennstoffs ständig sicher übersteigt. Eine zusätzliche Anpreßkraft der Zuführhülse 16 an den Zuführstutzen 19 kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß die dem Brennstoff ausgesetzte Stirnfläche 27 der Zuführhülse 16 im Bereich des Hohlraums 22 größer ausgeführt ist als die Dichtfläche zwischen der Zuführhülse 16 und dem Zuführstutzen 19.

Eine zu starke Abkühlung des häufig vorgcwärmten Brennstoffs beim Durchlaufen der kühleren Teile der Einspritzdüse wird in einfacher Weise dadurch vermieden, daß der Zuführstutzen 19 an seinen Außenumfang eine ringförmige Ausnehmung 28 aufweist, die durch ein Mantelblech 29 verschlossen ist und so einen übermäßigen Wärmeabfluß von dem in der Bohrung 21 im Zuführstutzen 19 befindlicher Brennstoff in die umgebenden Teile des kühlerer Düsenhalters 6 verhindert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Rotationssymmetrisch gebaute Brennstoffeinspritzdüse für Kolbenbrennkraftmaschinen mit einer in einer Führungsbohrung beweglich angeordneten Düsennadel, die über eine am brennstoffeintrittsseiligen Ende der Düsennadel ausgebildeten Flansch „ liegende, als Schraubendruckfeder ausgebildete Schließfeder mit ihrem Sitz gegen einen entsprechenden Gegensitz im Düsenkörpvr in Schließstellung gehalten wird und mit einer koaxial zu ihrer Achse verlaufenden, brennstoffeintrittsseitig offenen Sackbohrung versehen ist, in der eine von der Schließfeder konzentrisch umgebene Bronnstofl'zuführhülse mit Schiebesitz geführt ist, die jine koaxial zur Hülsenachse verlaufende Durchgar.gsbohrung aufweist, die einerseits an die Brennsloffzuleitung angeschlossen ist und düsennadelsitzseitig in einem vom Ende der Sackbohrung gebildeten Hohlraum mündet, der über Austrittsbohrungen mit einem unmittelbar oberhalb des Düsennadelsitzes konzentrisch zur Düsennadel angeordneten und diese umgebenden Brennstoffraum in Verbindung steht, von wo dem unter Einspritzdruck stehenden Brennstoff nach Abheben v. ;r Nadei vom Gegensitz der Weg zu einem Düsenmündungsteil freigegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließfeder (17) sich an ihrem !er Düsennadel (14) abgewandten Ende gegen eine Anlagefläche (32) eines am Ende der Zuführhülse (16) angeordneten Flansches (31) abstützt, der auf seiner der Anlagefläche (32) für die Schließfedei (17) abgewandten Seite eine ebene, senkrecht zur Achse der Zuführhülsc (16) liegende, kreisringt'örmige Stirnfläche (26) aufweist, mit welcher die Zuführhülse mit Hilfe der Schließfeder (17) dichtend gegen eine in gleicher Weise ausgebildete Stirnfläche (33) eines mit der Zuführhülse (16) fluchtenden, fest im Düsenhalter (6) angeordneten Zuführstutzens (19) zur Anlage gebracht wird.

2. Brennstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem in der Sackbohrung (15) der Düsennadel ausgebildeten Hohlraum (22) zugewandte Stirnfläche (27) der Zuführhülse (16) flächenmäßig größer ist als die Dichtfläche zwischen dem ZuführsUitzcn (Ϊ9) und der Zul'ührhülse (16).

3. Brennstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführstutzen (19) an seinem Außenumfang eine durch ein Mantelblech (29) verschlossene ringförmige Ausnehmung (28) aufweist.