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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Kraftstoffeinspritzdüse für Direkteinspritzmotoren,
auf die sich die folgende Beschreibung bezieht, ohne in generelle
Details zu gehen.
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Wie
bekannt ist, weisen die Kraftstoffeinspritzdüsen für Direkteinspritzmotoren, die
derzeit kommerziell verfügbar
sind, einen Hauptröhrenkörper, der
mit einem zentralen Durchgangskanal versehen ist, der an einem axialen
Ende des Röhrenkörpers in
einer Sprühdüse endet,
die daran angepaßt ist,
den innerhalb des Kanals zugeführten
Hochdruckkraftstoff in die Brennkammer zu zerstäuben, ein Verschlußbauteil,
das montiert ist, um sich in dem zentralen Kanal in und aus eine(r)
geschlossene(n) Position axial zu bewegen, in der es die Sprühdüse so versperrt,
daß es
jeden Auslaß von
Kraftstoff verhindert, und eine Rückführungsfeder, die daran angepaßt ist,
dieses Verschlußbauteil
in der oben erwähnten
geschlossenen Position zu halten, auf.
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Außerhalb
des Hauptröhrenkörpers weisen die
oben erwähnten
Einspritzdüsen
ferner eine Spule aus elektrisch leitfähigem Material auf, die daran
angepaßt
ist, wenn elektrischer Strom durch sie fließt, ein magnetisches Feld zu
erzeugen, das dazu in der Lage ist, die Federkraft der Feder zu überwinden,
so daß das
Verschlußbauteil
temporär
aus der geschlossenen Position bewegt werden kann, um zu erlauben,
daß Kraftstoff
ausge lassen wird. Das Verschlußbauteil
ist offensichtlich mindestens teilweise aus ferromagnetischem Material
gefertigt.
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Wie
bekannt ist, erzeugen Kraftstoffeinspritzdüsen für Direkteinspritzmotoren das
Problem, zu verhindern, daß das
Verschlußbauteil
in dem geschlossenen Zustand, nachdem es unter dem Schub der Feder
auf die Sprühdüse heftig
aufgeschlagen ist, wiederholt zurückprallt, bevor es sich in
der geschlossenen Position permanent niederläßt. Diese Rückschläge haben einen wesentlichen
Einfluß auf die
durchschnittliche Lebensdauer der Komponente und sind der Grund
für unerwünschten
Kraftstoffauslaß,
der dem theoretischen Augenblick des Verschlusses der Einspritzdüse folgt.
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Um
dieses Problem zu beheben, weisen die Verschlußbauteile derzeit eine Hülse aus
ferromagnetischem Material, die montiert ist, um sich innerhalb
des zentralen Kanals axial zu bewegen, einen Verschlußstift,
der montiert ist, um sich auf der Hülse mit seiner Spitze zum kalibrierten
Loch weisend, das die Sprühdüse definiert,
axial zu bewegen, und ein federndes Bauteil auf, das zwischen der
Hülse und dem
Stift so angeordnet ist, daß die
axialen mechanischen Spannungen absorbiert werden, welchen der Stift
ausgesetzt ist, wenn die Spitze des Stifts die Düse heftig trifft.
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Unglücklicherweise
haben die oben beschriebenen Kraftstoffeinspritzdüsen für Direkteinspritzmotoren
den Hauptnachteil, daß sie
strukturell kompliziert und daher an sich nicht sehr zuverlässig sind.
Darüber
hinaus ist der Einspritzdüsenzusammenbauvorgang
besonders zeitaufwendig, weshalb die Produktionskosten der Kraftstoffeinspritzdüsen für Direkteinspritzmotoren
viel größer sind,
als die Produktionskosten von konventionellen Kraftstoffeinspritzdüsen.
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US 4 749 892 A1 offenbart
eine Federanordnung mit zusätzlicher
Masse zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens einer elektromagnetischen Einspritzdüse. Eine
zusätzliche
Masse ist zwischen Beschlag und Rückstellfeder in solcher Art
angeordnet, daß,
nachdem eine Endposition erreicht wurde, der Beschlag von der Federkraft
entlastet wird; durch diese Entlastung wird ein hoher Überschuß von magnetischer
Kraft verfügbar,
um die nachfolgende Rückprallbewegung
zu bremsen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzdüse für Direkteinspritzmotoren
bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, die oben erwähnten Nachteile
zu beheben.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft daher eine Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der beigefügten Ansprüche.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen, die ein nicht beschränkendes Beispiel derselben
zeigen, beschrieben:
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1 ist
eine Schnittansicht durch eine Kraftstoffeinspritzdüse der vorliegenden
Erfindung;
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2 zeigt
ein Detail von 1 in einem vergrößerten Maßstab;
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3 und 4 zeigen
eine Komponente der in 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzdüse in zwei unterschiedlichen
Betriebskonfigurationen im Querschnitt.
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In 1 wird
eine Kraftstoffeinspritzdüse, die
besonders daran angepaßt
ist, an einem Direkteinspritzmotor bekannte Art montiert zu werden,
allgemein als 1 gezeigt.
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Die
Einspritzdüse 1 weist
einen Hauptröhrenkörper 2 auf,
der mit einem Durchgangskanal 3 mit variablem Durchmesser
versehen ist, der sich zu der Längsachse
A des Röhrenkörpers 2 koaxial
erstreckt und an einem axialen Ende 2a des Röhrenkörpers 2 in
einer Sprühdüse 3a endet,
die daran angepaßt
ist, den Hochdruckkraftstoff, der innerhalb des Kanals 3 fließt, in die
Motorbrennkammer (nicht gezeigt) zu zerstäuben.
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Die
Einspritzdüse 1 weist
ferner ein Verschlußbauteil 4 auf,
das so montiert ist, daß es
sich innerhalb eines Endabschnitts des Kanals 3 in und aus
eine(r) geschlossene(n) Position, in der dieses Verschlußbauteil 4 die
Sprühdüse 3a in
solcher Art verschließt,
daß jeglicher
Auslaß von
Kraftstoff verhindert wird, axial bewegt, und eine Rückführungsfeder 5 auf,
die daran angepaßt
ist, das Verschlußbauteil 4 in
der oben erwähnten
geschlossenen Position zu halten.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird
der Röhrenkörper 2 insbesondere
durch zwei mechanisch aneinander gekoppelte Röhrenkörper gebildet, und das Verschlußbauteil 4 wird
durch eine Hülse 6 aus
ferromagnetischem Material, die so montiert ist, daß sie sich
innerhalb des Bereichs des Kanals 3 mit größerem Durchmesser
axial bewegt, und durch einen Verschlußstift gebildet, der sich in
hervorstehender Art bezüglich
der Achse A koaxial von der Hülse 6 in
Richtung der Sprühdüse 3a erstreckt. Wenn
sich das Verschlußbauteil 4 in
der geschlossenen Position befindet, ist die Spitze des Verschlußstiftes 7 anliegend
an das kalibrierte Loch, das die Sprühdüse 3a defi niert, angeordnet,
so daß sie
es verschließt
und jeglichen Auslaß von
Kraftstoff verhindert.
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Unter
Bezugnahme auf 1 und 2 weist
die Einspritzdüse 1 ferner
einen Hydraulikdämpfer 8 auf,
der daran angepaßt
ist, das Verschlußbauteil 4 zu
bremsen, während
es sich schließt,
um die Aufschlaggeschwindigkeit der Spitze des Verschlußstiftes 7 auf
die Sprühdüse 3a zu
reduzieren und dabei alle Rückschläge des Verschlußbauteils 4 auf
der Sprühdüse 3a zu
beseitigen.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist
der Hydraulikdämpfer 8 die
zwei Kammern mit variablem Volumen, in die das Verschlußbauteil 4 den
Kanal 3 aufteilt, und ein Einwegventil 10 auf,
das daran angepaßt
ist, zu erlauben, daß Kraftstoff
von einer Kammer in die andere Kammer fließt, aber nicht umgekehrt.
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Die
Hülse 6 teilt
den Kanal 3 in zwei Kammern mit komplementär variablem
Volumen, von welchen die erste, gezeigt durch 9a, durch
den Bereich des Kanals zwischen der Hülse 6 und der Sprühdüse 3a gebildet
wird, und von welchen die zweite, gezeigt durch 9b, durch
den Bereich des Kanals zwischen der Hülse 6 und dem anderen
axialen Ende des Kanals 3, in dem ein Kraftstoffilter 11 bekannter
Art herkömmlich
angeordnet ist, gebildet wird. Das Einwegventil 10 erlaubt,
daß der
Kraftstoff von der Kammer 9b in die Kammer 9a durchgeht,
aber nicht umgekehrt.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Einwegventil 10 direkt auf der Hülse b vorgesehen
und weist einen Kanal 12 für den Durchgang von Kraftstoff,
der sich durch den Körper
der Hülse 6 parallel
zu der Achse A erstreckt, und eine fle xible Platte 13 auf,
die an der Hülse 6 innerhalb
der Kammer 9a befestigt ist, um den Einlaß des Kanals 12 in
der Rastposition zu verschließen.
Die flexible Platte 13 ist vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise,
aus Metall hergestellt, wobei das Einwegventil 10 auch
mit einem Anschlagbauteil 14 versehen werden kann, das
an der Hülse 6 über der
flexiblen Platte 13 so befestigt ist, daß die Deformation
dieser flexiblen Platte 13 begrenzt ist.
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Der
Kraftstofffluß von
der Kammer 9a in die Kammer 9b findet über die
Zusammenbauspielräume,
die naturgemäß zwischen
der Hülse 6 und
der inneren Oberfläche
des Kanals 3 bestehen, oder zusätzlich über eine oder mehrere Auslaßkanäle 15 statt,
die einen Flußquerschnitt
haben, der in solcher Art kalibriert ist, daß der Kraftstofffluß gebremst
wird.
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Unter
Bezugnahme auf 1 und 2 werden
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
die Auslaßkanäle 15 des
Hydraulikdämpfers 8 in
dem Körper
der Hülse 6 parallel
zu dem Kraftstoffflußkanal 12 ausgeführt.
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Es
ist erkennbar, daß das
Einwegventil 10 auch eine Mehrzahl von Kraftstoffflußkanälen 12 aufweisen
kann, die um die Achse A winkelig verteilt sind; in diesem Fall
kann die flexible Platte 13 aus einer ringförmigen Metallplatte
mit "Daisy" [Gänseblümchen]-Form
gebildet werden.
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Vorzugsweise,
aber nicht notwendigerweise, weist das Verschlußbauteil 4 schließlich eine
Zentrierführung 18 auf,
die in einer gleitenden Art auf den Stiel des Verschlußstifts 7 geschoben
ist, um die Spitze des Verschlußstiftes 7 auf
die Sprühdüse 3a ausgerichtet
zu halten.
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Die
Rückführungsfeder 5 ist
in dem Kanal 3 koaxial zu der Achse A angeordnet, wobei
ein erstes Ende an der Hülse 6 und
ein zweites Ende an einer Schulter anliegt, die innerhalb des Kanals 3 ausgeführt ist.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird
diese Schulter durch das axiale Ende eines Federschubbauteils 19 gebildet,
das in den Kanal 3 an der gegenüberliegenden Seite des Verschlußstiftes 7 bezüglich der
Hülse 6 eingeführt ist.
Dieser Federschubkörper 19 bildet
einen integralen Teil des Röhrenkörpers 2,
hat eine zylindrische, rohrförmige
Form und ist vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, aus ferromagnetischem
Material. Die Position des Federschubbauteils 19 innerhalb
des Kanals 3 kann während
des Zusammenbaus der Einspritzdüse 1 angepaßt werden,
um den Druck der Rückführungsfeder 3 einzustellen.
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Die
Einspritzdüse 1 weist
letztlich eine Spule 20 aus elektrisch leitfähigem Material
auf, die auf dem Röhrenkörper 2 angebracht
ist, wobei ein axiales Ende an einer äußeren ringförmigen, an dem Röhrenkörper 2 vorgesehenen
Schulter 21 anliegt, und ein äußeres Schutzgehäuse 22 wiederum
auf der Spule 20 und der ringförmigen Schulter 21 angebracht
ist, um die Spule 20 auf dem Röhrenkörper 2 zu verschließen. Wenn
elektrischer Strom durch sie fließt, ist die Spule 20 daran
angepaßt,
ein Magnetfeld zu erzeugen, das dazu in der Lage ist, die elastische
Kraft der Rückführungsfeder 19 zu überwinden und
das Verschlußbauteil 4 axial
zu bewegen, um es aus der geschlossenen Position zu verschieben.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist an dem äußeren Gehäuse 22 eine
elektrische Verbindung 23 vorgesehen, durch die es möglich ist,
die Spule 20 mit elektrischem Strom zu versorgen.
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Der
Betrieb der Kraftstoffeinspritzdüse 1 wird nun
unter Bezugnahme auf die 3 und 4 unter
der Annahme beschrieben, dass sich das Verschlußbauteil 4 anfangs
in der geschlossenen Position befindet, wobei der Kraftstoff die
Kammern 9a und 9b in Ruhelage und mit dem gleichen
Druck in beiden Kammern füllt.
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Während des
Betriebs der Einspritzdüse 1 verursacht
die axiale Verschiebung des Verschlußbauteils 4 eine Druckdifferenz
zwischen der Kammer 9a und der Kammer 9b, was
zur Folge hat, daß die flexible
Platte 13 deformiert wird und den Einlaß des Kanals 12 freigibt
(3). Das Öffnen
des Einlasses des Kanals 12 erlaubt dem Kraftstoff, mit
einem kleinen Verlust an Last aus der Kammer 9b in die
Kammer 9a zu fließen.
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Wenn
sich die Einspritzdüse 1 allmählich öffnet, nimmt
die Kraftstoffflußrate
durch das Ventil 10 allmählich zu; dieser Fluß hält die flexible
Platte 13 in der geöffneten
Position, selbst wenn das Verschlußbauteil seinen axialen Hub
vollendet und es anhält, wenn
sich die Einspritzdüse
in der vollständig
geöffneten
Position befindet.
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Während des
Schließens
der Einspritzdüse aus
der vollständig
geöffneten
Position nimmt das Verschlußbauteil 4 unter
dem Schub der Feder 5 allmählich Geschwindigkeit auf,
um sich in die geschlossene Position zu bewegen. Die Rückkehr des Verschlußbauteils 4 in
die geschlossene Position bedingt eine Reduktion des Volumens der
Kammer 9a, aber der Fluß des Kraftstoffs, der durch
die Sprühdüse 3a gehen
kann, nimmt als Folge der Reduktion des Flußquerschnitts der Sprühdüse 3a schnell
ab. Das kalibrierte Loch, das die Sprühdüse 3a bildet, gelangt
allmählich
mit der Spitze des Verschlußstiftes 7 in
Eingriff.
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Da
es keine weiteren Auslässe
gibt, neigt der in der Kammer 9a enthaltene Kraftstoff
folglich dazu, über
das Einwegventil 10 durchzugehen, was zur Folge hat, daß der Kraftstofffluß durch
den Kanal 12 allmählich
reduziert wird, bis er sich umkehrt. An diesem Punkt kehrt die flexible
Platte 13 auf ihre Rastposition zurück, verschließt den Einlaß des Kanals 12,
was zur Folge hat, daß der
Kraftstoff, der keinen anderen Auslaufauslaß finden kann, von der Kammer 9a über die
Zusammenbauabstände
oder die Auslaßkanäle 15 in
die Kammer 9b fließt
(4).
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Mit
dem reduzierten Querschnitt der Zusammenbauabstände und/oder Auslaßkanäle 15 erhöht sich
der Kraftstoffdruck in der Kammer 9a schnell, was, der
Wirkung der Feder 5 entgegenwirkend, die Geschwindigkeit
des Verschlußbauteils 4 allmählich verlangsamt.
Die Bremswirkung des Verschlußbauteils 4 wird,
wenn sich die Spitze des Verschlußstiftes 7 zu der
Sprühdüse 3a bewegt,
erheblicher, um das Verschlußbauteil 4 im
wesentlichen nur in dem Endbereich des Hubs dieses Verschlußbauteils 4 zu bremsen.
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So
trifft die Spitze des Verschlußstiftes 7 die Sprühdüse 3a mit
einer reduzierten Geschwindigkeit, wodurch alle Rückschläge verhindert
werden.
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So
wie alle Rückschläge des Verschlußbauteils 4 vollständig verhindert
werden, reduziert die Einspritzdüse 1 auch
die Geschwindigkeit der Spitze des Verschlußstiftes 7 auf die
Sprühdüse 3a wesentlich,
und hilft dabei, die Vorrichtung weniger laut zu machen. Die Reduzierung
der mechanischen Spannungen erhöht
außerdem
die durchschnittliche Lebensdauer der Komponente.
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Es
ist offensichtlich, daß Abwandlungen
und Variationen an der so beschriebenen und dargestellten Einspritzdüse 1 durchgeführt werden
können, ohne
den Umfang der vorliegenden Erfin dung, wie sie durch die Ansprüche definiert
wird, zu verlassen.