DE60124165T2

DE60124165T2 - Ventilnadel für ein Brennstoffeinspritzventil einer Verbrennungsmaschine

Info

Publication number: DE60124165T2
Application number: DE60124165T
Authority: DE
Inventors: Mario Ricco
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: DE60124165D1; EP1136693B1; IT1319988B1; EP1136693A2; ITTO20000269A0; US6666388B2; US20010054656A1; ITTO20000269A1; ES2272368T3; EP1136693A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenstift für die Kraftstoffeinspritzdüse eines Verbrennungsmotors.
Bei herkömmlichen Einspritzsystemen ist die Düse üblicherweise durch einen Körper mit einer konischen Wand mit einer Vielzahl von Kraftstoffeinspritzöffnungen definiert und der Stift weist ein konisches Vorderende auf, das die Öffnungen aufgrund einer Axialkraft verschließt, die üblicherweise aus der Kraft einer Feder und dem Unterschied zwischen dem Kraftstoffdruck auf den Stift und eine Steuerstange resultiert.
Das konische Vorderende bekannter Stifte ist über einen kegelstumpfförmigen Abschnitt mit einem zylindrischen Abschnitt des Stiftes verbunden, dessen Außenfläche mit der Außenfläche des konischen Vorderendes eine ringförmige Kante bildet, die mit einem Umfang der Düsenwand in Eingriff kommt, um die Öffnungen zu schließen und die offensichtlich einem Verschleiß unterliegt.
Ein Nachteil bekannter Stifte des obigen Typs besteht darin, dass der Verschleiß der Kante, die die Düsenwand berührt auch den Kontaktumfang auf der Wand versetzt und somit die geschlossene Position des Stiftes verändert und folglich auch die Bewegung oder den Hub des Stiftes zwischen der geschlossenen oder geöffneten Position.
Darüber hinaus nimmt der Kontaktumfang im Durchmesser allmählich zu, so dass sich für eine vorgegebene Öffnungsbewegung des Stiftes die Kraftstoffmenge, die eingespritzt wird mit dem Verschleiß ändert. Dementsprechend ist die Kraftstoffmenge, die durch verschiedene Einspritzventile des Motors eingespritzt wird gemäß dem unterschiedlichen Verschleißgrad der Kanten der entsprechenden Stifte unterschiedlich.
Aus der EP 0 520 659 A ist ein Kraftstoffeinspritzventil für einen sog. Dualkraftstoffmotor bekannt, der unter Verwendung zweier Kraftstoffarten betrieben wird. Eine innere Düse ist mit einem Kolbenstift versehen, um das Einspritzen eines Voreinspritzungskraftstoffes zu steuern, der zum Zünden eines gasförmigen Kraftstoffes verwendet wird. Das Einspritzen des gasförmigen Kraftstoffes wird mittels eines äußeren Einspritzventils bewirkt, das koaxial zur inneren Düse angeordnet ist. Der Verschluss des äußeren Ventils liegt in Form einer Hülse vor, die in einer kegelstumpfförmigen Fläche endet, die mit einer konischen Fläche des Ventilgehäuses einen Winkel zwischen 1° und 2° bildet. Die kegelstumpfförmige Fläche umfasst zwei Abschnitte, die durch eine Umfangsnut getrennt sind. Einer dieser Abschnitte ist zum präzisen Steuern des Einspritzens des gasförmigen Kraftstoffes vorgesehen und der andere ist vorgesehen, um es Schmiermittel zu gestatten den Bereich der Öffnungen der gasförmigen Einspritzung zu erreichen.
Aus der DE 198 20 513 A (D3) ist ein anderes Kraftstoffeinspritzventil für einen Kraftstoffmotor bekannt, bei dem die Düse mit einer konischen Wand und Öffnungen versehen ist, die auf einem gemeinsamen Umfangsabschnitt der Wand angeordnet sind, wohingegen der Kolbenstift ein Vorderende mit einem kegelstumpfförmigen Abschnitt umfasst, der dazu geeignet ist auf der Wand aufzuliegen. Der Scheitelwinkel der Wand ist geringfügig größer als der Scheitelwinkel des Abschnitts des Vorderendes, wodurch der Kontakt der zwei Flächen hauptsächlich auf einen kleineren Teil der kegelförmigen Flächen begrenzt wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Kolbenstift für eine Einspritzdüse vorzuschlagen, der extrem einfach und leicht herzustellen ist, während gleichzeitig für einen gegebenen Hub des Stiftes eine konstante Kraftstoffeinspritzung gesichert wird, um die vorgenannten Nachteile zu vermeiden, die üblicherweise mit bekannten Stiften einhergehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Einspritzventil für eine Kraftstoffeinspritzung eines Verbrennungsmotors mit einem Kolbenstift und einer Düse vorgeschlagen, wie es im Patentanspruch 1 definiert ist.
Eine bevorzugte aber nicht begrenzende Ausführungsform der Erfindung wird rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert, in denen:
1 einen Schnitt eines Kraftstoffeinspritzventils mit einem Stift zum Verschließen der Düse zeigt;
2 einen vergrößerten Abschnitt des Schnittes aus 1 gemäß des Standes der Technik zeigt;
3 den Abschnitt aus 2 gemäß der Erfindung zeigt;
4 eine erste Abwandlung des Abschnittes aus 3 zeigt:
5 eine zweite Variante des Abschnittes aus 3 zeigt.
Die Ziffer 5 in 1 kennzeichnet insgesamt ein Kraftstoffeinspritzventil für einen Verbrennungsmotor, z. B. einen Dieselmotor. Das Einspritzventil 5 umfasst einen Hohlkörper 6, der über eine Ringnut 7 mit einer Düse verbunden ist, die insgesamt durch die Ziffer 8 gekennzeichnet ist und wiederum einen Körper 9 mit einer Schulter 11 umfasst, die mit der Ringnut 7 in Eingriff steht.
Der Körper 9 der Düse 8 weist ein Axialloch 12 auf und endet in einem Sitz, der durch eine konische Wand 13 mit einem abgerundeten Scheitelpunkt 14 endet. Ein Umfangsabschnitt 16 (2) der konischen Wand 13 weist eine Vielzahl von Einspritzöffnungen 17 auf: vorteilhafterweise sind vier Öffnungen 17 winkelmäßig gleich beabstandet und weisen jeweils eine Achse 18 senkrecht zur Wand 13 auf.
Der Hohlkörper 6 (1) weist ein Axialloch 20 auf, in dem eine Steuerstange 19 verschiebbar ist, die durch den unter Druck stehenden Kraftstoff innerhalb einer Steuerkammer (nicht dargestellt) mit einem Dosierventil, das durch einen Elektromagneten gesteuert ist, gesteuert wird. Der unter Druck stehende Kraftstoff wird entlang einer Förderleitung 21 im Körper 6 und entlang einer Förderleitung 22 in der Düse 8 zur einer ringförmigen Einspritzkammer 23 gefördert, die um das Axialloch 12 in der Düse 8 ausgebildet ist.
Ein Ende 24 der Stange 19 steht in Eingriff mit einem Fortsatz 26 eines Stiftes 27 zum Verschließen der Öffnungen 17, der innerhalb des Axialloches 12 verschiebbar ist. Genauer gesagt weist der Stift 27 eine Achse A auf und umfasst einen zylindrischen Abschnitt 28, der in fluiddichter Art und Weise innerhalb eines Abschnitts 29 des Loches 12 in der Düse 8 geführt ist; ein Abschnitt 28 des Stiftes 27 endet an einem Ende in einem Bund 31, der den Fortsatz 26 trägt und innerhalb eines zylindrischen Sitzes 32 koaxial zum Loch 20 im Körper 6 geführt ist; der Bund 31 wird üblicherweise durch eine Kompressionsfeder 33 in Richtung der Düse 8 gedrückt.
Der Stift 27 umfasst ferner einen weiteren zylindrischen Abschnitt 36, der mit dem Abschnitt 28 über eine Schulter 37 verbunden ist auf die der unter Druck stehende Kraftstoff in der Kammer 23 wirkt. In Bezug auf eine zylindrische Fläche 35 des Lochs 12 in der Düse 8 (2) weist der Abschnitt 36 des Stiftes 27 eine vorgegebenen Abstand auf, um eine schnelle Kraftstoffströmung von der Kammer 23 zu den Öffnungen 17 der Düse 8 zu sichern.
Der Stift 27 weist ferner ein im Wesentlichen konisches Vorderende 38 auf, das mit einem Ende des Abschnitts 36 verbundnen ist und einen konischen Abschnitt 39 mit einer Außenfläche 40, der mit der konischen Wand 13 des Körpers 9 in Eingriff kommt, um die Öffnungen 17 zu verschließen, umfasst. Bei bekannten Einspritzventilen, wie sie in 2 dargestellt sind, ist der konische Abschnitt 39 des Vorderendes 38 üblicherweise mit dem zylindrischen Abschnitt 36 des Stiftes 27 über einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 41 mit einer Außenfläche 42 verbunden, die mit einer Außenfläche 40 des konischen Abschnitts 39 eine ringförmige Kante 43 bildet; die Außenfläche 42 des kegelstumpfförmigen Abschnitts 41 bildet einen Winkel α1 zur konischen Wand 13 der Düse 8 und die Außenfläche 40 des Abschnitts 39 bildet einen Winkel α2 zur konischen Wand 13.
Die Stange 19 und die Feder 33 (siehe auch 1) drücken die Kante 43 in Eingriff mit einem Kontaktumfang 44 stromaufwärts der Öffnungen 17 auf der konischen Wand 13 der Düse 8, so dass das Vorderende 38 die Öffnungen 17 verschließt. Der unabwendliche Verschleiß der Kante 43 versetzt den Umfang 44 auf der Wand 13 der Düse 8 und somit wird auch die geschlossene Position des Stiftes 27 und die Bewegung oder der Hub des Stiftes 27 zwischen der geschlossen und der geöffneten Positionen verändert.
Gemäß der Erfindung weist der kegelstumpfförmige Abschnitt 41 eine Außenfläche 45 (3) auf, die vollständig auf der Wand 13 ruht, so dass die Dichtung nicht ausschließlich von der Kante 43 abhängt. Die Oberfläche 45 des Abschnitts 41 kann als Folge der elastischen Deformation, die durch die Kraft der Feder 33 und durch den Unterschied im Kraftstoffdruck, der auf die Stange 19 und die Schulter 37 wirkt, erzeugt wird auf der Wand 13 ruhen.
Genauer gesagt ist die Fläche 45 des Abschnitts 41 derart ausgestaltet, dass sie im Wesentlichen keinen Winkel mit einer Toleranz von 0' bis ±10' zu Wand 13 bildet. Wenn der Stift 27 in die geschlossenen Position bewegt wird, beginnt der Kontakt zwischen der Fläche 45 des Abschnitts 41 und der Wand 13 folglich entweder an einer Kante 46 zwischen der kegelstumpfförmigen Fläche 45 und der zylindrischen Fläche des Abschnitts 36 oder an einer Kante 43 zwischen der Fläche 45 und einer Fläche 40 des konischen Abschnitts 39 und die auf den Stift 27 wirkende Schließkraft verformt die Oberfläche 45, so dass sie vollständig auf der Wand 13 aufliegt, wie es durch die kontinuierlichen Linien in 3 dargestellt ist.
Der Scheitelwinkel β der konischen Wand 13, d. h. der Winkel, der zwischen einer erzeugten Linien der Innenfläche der Wand 13 und einer Achse A gebildet ist, liegt vorteilhafterweise zwischen 45° und 75° und der kegelstumpfförmige Abschnitt 41 kann eine Höhe h zwischen 0,12 bis 0,18 mm – vorzugsweise 0,15 mm – aufweisen, um eine vorgegebene Größe der Kontaktfläche zwischen dem Stift 27 und der Wand 13 zu erzielen.
Benachbart zu den Öffnungen 17 kann eine Aussparung zwischen dem Vorderende 38 des Stiftes 27 und der Wand 13 der Düse 8 vorgesehen sein, um eine gewisse Kraftstoffmenge zu sammeln und eine gleichmäßige Strömung durch die Öffnungen 17 zu sichern, selbst wenn eine geringe Fehlausrichtung des Stiftes 27 vorliegt. In der Abwandlung von 4 weist die Fläche 40 des Abschnitts 39 eine ringförmige Aussparung 47 gegenüber den Öffnungen 17 auf und in der Abwandlung von 5 ist die Aussparung durch eine Mulde 48 am Scheitel der Wand 13 der Düse 8 definiert.
Die Vorteile des Stiftes gemäß der Erfindung in Bezug auf bekannte Stifte werden aus der vorstehenden Beschreibung deutlich. D. h. der Verschleiß der Kante 43 ist vernachlässigbar und die Lebensdauer des Stiftes 27 wird ohne Notwendigkeit für eine Einstellung in großem Maß verlängert.
Änderungen des Stiftes, wie er hier beschrieben wurde, können selbstverständlich durchgeführt werden ohne jedoch den Umfang der folgenden Patentansprüche zu verlassen. Z. B. kann die ringförmige Aussparung 47 in der Wand 13 ausgebildet sein oder teilweise in der Wand 13 und teilweise in der Fläche 40 des Abschnitts 39 des Vorderendes 38.

Claims

Einspritzventil für eine Einspritzdüse eines Verbrennungsmotors, umfassend einen Kolbenstift (27) und eine Düse (8), wobei die Düse (8) ein Axialloch (12) aufweist, das mit einer ringförmigen Einspritzkammer (23) in Verbindung steht, das Axialloch (12) in einer konischen Wand (13) mit Öffnungen (17) zum Einspritzen des Brennstoffs endet; der Kolbenstift (27) einen zylindrischen Abschnitt (28), der in fluiddichter Art und Weise innerhalb eines Abschnitts (29) des Lochs (12) geführt ist, und einen Abschnitt (36) mit vorgegebenem Abstand zu dem Loch (12), um eine schnelle Kraftstoffströmung aus der Einspritzkammer (23) zu den Öffnungen (17) sichern, umfasst; der Kolbenstift (27) ferner ein Vorderende (38) umfasst, das einen kegelstumpfförmigen Abschnitt (41) zum Verschließen der Öffnungen (17) aufweist; und eine Axialkraft auf den Kolbenstift (27) wirkt, um das Vorderende (38) mit der Wand (13) stromaufwärts der Öffnungen (17) in Eingriff zu bringen; dadurch gekennzeichnet, dass der kegelstumpfförmige Abschnitt (41) mit einer Außenfläche (45) versehen ist, die ausgestaltet ist, um mit einer Bearbeitungstoleranz von 0' bis ±10' im Wesentlichen keinen Winkel mit der Wand (13) zu bilden, wobei die Außenfläche (45) durch Überwinden der besagten Toleranz als Folge einer elastischen Deformation, die durch die besagte Kraft erzeugt wird, vollständig an der Wand (13) anliegt.
Ventil nach Anspruch 1, bei dem die Öffnungen (17) auf einem gemeinsamen Umfangsabschnitt (16) der Wand (13) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorderende (38) mit einem weiteren konischen Abschnitt (39) versehen ist, der dem Umfangsabschnitt (16) zugewandt ist, wobei der andere konische Abschnitt (39) gegenüber den Öffnungen (27) eine ringförmige Vertiefung (47) aufweist, um eine Kraftstoffmenge aufzunehmen.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorderende (38) mit einem weiteren konischen Abschnitt (39) versehen ist, wobei die Wand (13) einen Scheitelabschnitt (14) aufweist, der die Öffnungen (17) trägt und eine Mulde (48) definiert, um eine Kraftstoffmenge aufzunehmen.