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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor.
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Es
sind Kraftstoffeinspritzvorrichtungen bekannt, die einen mit einer
Kraftststoffförderpumpe verbundenen
Einlass umfassen; eine mit dem Einlass in Verbindung stehende Düse zum Einspritzen von
Kraftstoff in den Motor; und einen Schließstift, der einerseits durch
die von dem Druck des eingespritzten Kraftstoffs ausgeübten entgegengesetzt
gerichteten axialen Schubkräfte
und andererseits durch eine Stellfeder und eine Betätigungsstange
in axialer Richtung bewegt wird, um die Düse zu öffnen und zu schließen.
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Die
Betätigungsstange
ist längs
der Achse des Stiftes auf der der Düse entgegengesetzten Seite gelegen,
wird durch ein elektromagnetisches Dosierventil betätigt, das
Bestandteil der Einspritzvorrichtung ist, und ist mit dem Stift
verbunden, wobei dazwischen in axialer Richtung ein zylindrischer
Abstandskörper
angeordnet ist.
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Der
Abstandskörper
wird durch zwei einander entgegengesetzte ebene Flächen gebildet,
die quer zu der Achse verlaufen und auf den flachen Enden der Betätigungsstange
bzw. des Stiftes aufliegen, und hat eine axiale Höhe, die
nach vorgegebenen Klassen kalibriert ist und in Abhängigkeit
von der gewünschten
maximalen Steighöhe
bzw. dem axialen Hub des Stiftes gewählt ist.
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Bekannte
Einspritzvorrichtungen des obigen Typs sind nicht immer zufrieden
stellend, was darauf zurückzuführen ist,
dass die Resultierende der Kontaktdrücke zwischen dem Abstandskörper und
dem Stift an einem normalerweise unbestimmten Punkt wirkt und normalerweise
unerwünschte
quer gerichtete Kräfte
quer zur Achse auf den Stift erzeugt.
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Die
von dem Abstandskörper
auf den Stift ausgeübten
Drücke
werden in der Tat nicht immer gleichmäßig über die sich gegenseitig berührenden Flächen verteilt,
hauptsächlich
wegen der unvermeidlichen Toleranzen bei der Flachheit und Rauhigkeit,
so dass die Resultierende der Drücke
manchmal Rotationsmomente um eine zur Stiftachse senkrechte Richtung
auf den Stift erzeugt.
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Die
quer gerichteten Kräfte
werden manchmal auch dadurch erzeugt, dass die sich gegenseitig berührenden
Flächen
des Abstandskörpers
und des Stiftes nicht vollkommen senkrecht zu der Stiftachse sind.
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Solche
quer gerichteten Kräfte
produzieren relativ starke Reibungskräfte entlang der Aufnahme, in
welcher der Stift gleitet, was zu einer anomalen Zunahme im Verschleiß und daher
im radialen Spiel zwischen dem Stift und der Aufnahme führt. Dies
resultiert wiederum in einer unerwünschten Zunahme an entweichendem
ungebrauchtem Kraftstoff, der durch einen Rückführungsauslass aus der Einspritzvorrichtung
ausströmt.
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Dieses
zunehmende Entweichen von Kraftstoff und daher die zunehmende Menge
an zurückgeführtem Kraftstoff
können
dazu führen,
dass die Pumpe nicht in der Lage ist, die Einspritzvorrichtungen
in allen Betriebszuständen
des Motors zu versorgen.
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Aus
dem Dokument WO 01/38723 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
bekannt, die ein mit einem Zerstäuber
verbundenes hohles Gehäuse aufweist,
das durch eine Schließvorrichtung
geschlossen wird, die durch eine mit einem elektromagnetischen Dosierventil
zusammenwirkende Stange betätigt
wird. Dabei ist die Schließvorrichtung
mit einem koaxialen Sackloch versehen, dessen geschlossenes Ende
die Form einer konischen Fläche
hat. Die Betätigungsstange
betätigt
die Schließvorrichtung mit
Hilfe eines recht langen Druckstiftes, der in das Sackloch ragt
und einen auf der konischen Fläche aufliegenden
halbkugeligen Kopf hat.
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Aus
dem Dokument
US 3,680,782
A1 ist eine weitere elektromagnetische Kraftstoffeinspritzvorrichtung
bekannt, die eine mit einem Stift versehene Schließvorrichtung
aufweist und eine koaxiale Betätigungsstange,
die mit Hilfe einer Kugel an dem Schließstift angreift. Dazu ist die
Betätigungsstange außerdem mit
einem Sackloch versehen, in dem die Kugel und ein Teil des Schließstiftes
untergebracht sind.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einspritzvorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor bereitzustellen, die dazu ausgelegt ist, eine
unkomplizierte, kostengünstige
Lösung
zum Überwinden
der Nachteile der obigen Lösungen
des Standes der Technik bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei die Einspritzvorrichtung
Folgendes umfasst: ein hohles Gehäuse, das an einem Ende einen
Zerstäuber
mit einer Enddüse
zum Einspritzen von Kraftstoff in den Motor trägt; wobei das hohle Gehäuse einen
Endabschnitt aufweist, der zu dem Zerstäuber entgegengesetzt liegt
und ein elektromagnetisches Dosierventil aufnimmt; einen Schließstift mit
einer Achse und einem zylindrischen Abschnitt, der im Wesentlichen
fluiddicht in axialer Richtung in einer Führungsaufnahme in dem Zerstäuber gleitet,
um die Enddüse
zu öffnen
und zu schließen;
wobei der Schließstift
durch eine koaxiale Betätigungsstange
betätigt
wird, die durch den wiederum durch das Dosierventil geregelten Kraftstoffdruck
einer Kraftstoffsteuerkammer betätigt
wird; wobei die Betätigungsstange
einen ersten Endabschnitt aufweist, der im Wesentlichen fluiddicht
in einer mit der Steuerkammer in Verbindung stehenden Führungsaufnahme
gleitet, und einen zweiten Endabschnitt, der mit Hilfe einer Verbindungsvorrichtung
an dem zylindrischen Abschnitt angreift, um eine Resultierende von
Kräften,
die längs
der Achse gerichtet sind, von der Stange zu dem Schließstift zu übertragen;
dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung eine an
einer ebenen Stirnfläche
des zylindrischen Abschnitts ausgebildete axiale Aufnahme mit einer
konischen Fläche
und einen zwischen der konischen Fläche und dem zweiten Endabschnitt
angeordneten Kopf umfasst; wobei der Kopf von dem zweiten Endabschnitt
getragen wird, um entlang einer kreisrunden Kontaktlinie symmetrisch
in Bezug auf die Achse mit der konischen Fläche zusammenzuwirken.
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Eine
nicht einschränkende
Ausführungsform der
Erfindung wird beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben;
darin zeigen:
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1 einen
Querschnitt einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Einspritzvorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung,
wobei der Klarheit halber Teile weggelassen wurden;
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2 dieselbe
Ansicht wie in 1 einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform
der Einspritzvorrichtung für
einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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3 und 4 in
einem größeren Maßstab gezeichnete
Ansichten jeweiliger Variationen eines Details der Einspritzvorrichtung
von 2.
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Das
Bezugszeichen 1 in 1 bezeichnet eine
Kraftstoffeinspritzvorrichtung für
einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor (nicht dargestellt).
Die Einspritzvorrichtung 1 umfasst eine hohle äußere Konstruktion
bzw. ein hohles Gehäuse 2,
das sich längs
einer Achse 3 erstreckt und einen seitlichen Einlass 5 zum
Anschluss an eine Pumpe aufweist, die Bestandteil eines Kraftstoffzuführungssystems
(nicht dargestellt) ist, sowie eine Enddüse 7, die mit dem
Einlass 5 in Verbindung steht, um Kraftstoff in einen jeweiligen
Zylinder des Motors einzuspritzen.
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Das
Gehäuse 2 umfasst
einen mittleren axialen Abschnitt 8 und zwei einander entgegengesetzte
Endabschnitte 9, 10. Der Abschnitt 9 befindet
sich auf der entgegengesetzten Seite der Düse 7 und nimmt ein
bekanntes elektromagnetisches Dosierventil 12 (nicht näher beschrieben)
auf, das einen Auslass 13 aufweist, um den von dem Ventil 12 "verbrauchten" Teil des Kraftstoffs
und den durch die inneren Komponenten der Einspritzvorrichtung 1 entweichenden
Teil des Kraftstoffs, der entlang einer inneren Leitung 14 dem
Ventil 12 zugeführt
wird, wieder zu dem Tank (nicht dargestellt) des Zuführungssystems
zurückzuführen.
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Der
Abschnitt 10 ist ein so genannter Zerstäuber und bildet eine zylindrische
axiale Kammer 15, die einen Schließstift 16 aufnimmt
und einen in der Düse 7 endenden
Kanal 17 und eine Führungsaufnahme 18 umfasst.
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Der
Stift 16 hat eine mit der Achse 3 zusammenfallende
Achse 19 und umfasst eine Stange 20, die in dem
Kanal 17 untergebracht ist; und einen zylindrischen Kopfabschnitt 21,
der in axialer Richtung mit relativ wenig Spiel in der Aufnahme 18 verschoben
wird, damit die Spitze der Stange 20 durch die einerseits
durch den Druck des Kraftstoffs in dem Kanal 17 und andererseits
durch eine Stellfeder 22 und eine axiale Betätigungsstange 23 ausgeübten entgegengesetzt
gerichteten axialen Schubkräfte
die Düse 7 öffnen und
schließen
kann.
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Die
Stange 23 wird durch das Ventil 12 betätigt, um
in axialer Richtung in dem Abschnitt 8 zu gleiten, und
unterliegt insbesondere den entgegengesetzt gerichteten axialen
Schubkräften
der Reaktion des Stiftes 16 und des Drucks des Kraftstoffs
in einer axialen Steuerkammer 24, die mit dem Einlass 5 in Verbindung
steht und durch das Ventil 12 gesteuert wird. Die Kammer 24 wird
durch einen rohrförmigen Körper 25 gebildet,
der eine zylindrische axiale Führungsaufnahme 26 aufweist,
die mit der Kammer 24 in Verbindung steht und an der ein
Endabschnitt 28 der Stange 23 gleitend und mit
relativ wenig radialem Spiel angreift.
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Gemäß 1 umfasst
die Stange 23 zwei entgegengesetzte Abschnitte 30, 31.
Der Abschnitt 30 liegt dem Ventil 12 gegenüber und
endet mit dem Abschnitt 28; der Abschnitt 31 hat
dagegen einen kleineren Durchmesser als der Abschnitt 30 und
wird von der Feder 22 umgeben, die zwischen zwei Abstandsringen 32, 33 angeordnet
ist, die in axialer Richtung auf einer Schulter 34 des
Abschnitts 8 bzw. auf dem Abschnitt 21 aufliegen.
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Der
Abschnitt 21 ist mit dem Abschnitt 31 durch eine
Verbindungsvorrichtung 35 zum Übertragen einer Resultierenden
von Kräften
A, die ausschießlich
längs der
Achse 19 gerichtet sind, von der Stange 23 zu
dem Stift 16 verbunden.
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Die
Vorrichtung 35 umfasst einen Hohlraum 36, der
koaxial zur Achse 19 an einer Stirnfläche 65 des Abschnitts 21 ausgebildet
ist und durch eine konische Fläche 37 begrenzt
wird; und einen kugelförmigen
Abstandskörper 39,
der zwischen dem Stift 16 und der Stange 23 angeordnet
ist und an dem Hohlraum 36 angreift. Der Körper 39 wird
durch eine kugelförmige
Fläche 40 gebildet,
die einerseits auf dem flachen Ende des Abschnitts 31 an
einem Kontaktpunkt 42 längs
der Achse 19 und andererseits auf der konischen Fläche 37 längs einer
kreisrunden Kontaktlinie 43 (in 1, 2 und 3 durch
eine gestrichelte Linie dargestellt) aufliegt.
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Der
Durchmesser des Körpers 39 ist
nach vorgegebenen Klassen kalibriert und wird in Abhängigkeit
von der gewünschten
maximalen Steighöhe bzw.
dem axialen Hub des Stiftes 16 gewählt.
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Die
Ausführungsform
gemäß 2 betrifft eine
Kraftstoffeinspritzvorrichtung 51, deren Bestandteile soweit
möglich
mit denselben Bezugszeichen wie bei der Einspritzvorrichtung 1 bezeichnet sind.
Die Einspritzvorrichtung 51 ist eine Einspritzvorrichtung
mit einem so genannten "virtuellen
Hub", d. h. sie
umfasst einen Stift 16, der in axialer Richtung in der
Aufnahme 15 gleitet, um die Düse 7 zu öffnen, ohne
jemals eine vorbestimmte axiale Grenzposition zu erreichen, und
der deshalb keinen festen maximalen Wert für den Hub hat.
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Die
Einspritzvorrichtung 51 unterscheidet sich von der Einspritzvorrichtung 1 im
Wesentlichen darin, dass sie keinen Körper 39 hat. Anstelle
der Vorrichtung 35 umfasst die Einspritzvorrichtung 51 daher
eine Verbindungsvorrichtung 55, die wiederum einen Hohlraum 36 und
einen mit der Stange 23 einstückig ausgebildeten halbkugeligen
Kopf 59 umfasst und das axiale Ende des Abschnitts 31 bildet.
Der Kopf 59 greift an dem Hohlraum 36 an und wird
durch eine kugelige Fläche 60 gebildet,
die dieselbe Krümmung
hat wie die Fläche 40 und
längs der
Kontaktlinie 43 auf der konischen Fläche 37 aufliegt.
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Die
Vorrichtung 55 umfasst außerdem einen geschwächten Abschnitt
der Stange 23, der durch eine in einem mittleren Abschnitt 63 des
Abschnitts 30 außerhalb
der Aufnahme 26 gebildete Umfangsnut 61 gebildet
wird, die dem Abschnitt 31 ein relativ begrenztes Maß an Freiheit
gibt, sich in Bezug auf den Abschnitt 28 in Richtung quer
zur Achse 3 zu biegen, um den Kopf 59 automatisch
in dem Hohlraum 36 zu zentrieren, d. h. die kugelige Fläche 60 vollkommen
koaxial zu der konischen Fläche 37 zu
positionieren.
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Bei
der Einspritzvorrichtung 1 wird der Körper 39 außerdem offensichtlich
automatisch in dem Hohlraum 36 zentriert, da er an dem
Kontaktpunkt 42 quer zu der Stange 23 bewegbar
ist.
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Bei
der Variation gemäß 3 ist
die Feder 22 zur Vereinfachung der Herstellung durch eine
Feder 64 ersetzt, die einerseits auf dem Abstandsring 32 aufliegt
und andererseits auf einer ebenen Fläche 65, die den Abschnitt 21 direkt
bildet, d. h. ohne den Ring 33. Dieselbe Variation kann
auch auf die Einspritzvorrichtung 1 angewandt werden.
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Bei
der Variation gemäß 4 ist
der halbkugelige Kopf 59 zur Vereinfachung der Herstellung durch
einen konischen Kopf 69 ersetzt, der längs einer Kontaktlinie 73,
die durch den den Kopf 69 mit dem Rest des Abschnitts 31 verbindenden
kreisrunden Rand gebildet wird, auf der konischen Fläche 37 aufliegt.
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Im
tatsächlichen
Gebrauch übt
die Stange 23 eine axiale Schubkraft F aus, die längs der
Kontaktlinie 43, 73 in einer Richtung senkrecht
zur konischen Fläche 37 übertragen
wird, um den Stift 16 in Richtung zu der Düse 7 zu
bewegen und diese damit zu schließen. Bei einem generischen
Durchmesserquerschnitt, wie er in den in einem größeren Maßstab gezeichneten
Details von 1 und 2 dargestellt
ist, unterliegen einander diametral entgegengesetzte Punkte P1 und
P2 längs
der Kontaktlinie 43 jeweiligen Kräften F1 und F2 mit gleichem
Modul, da die Schubkraft F koaxial zu der konischen Fläche 37 gerichtet
ist.
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Wenn
jede Kraft F1, F2 in eine jeweilige parallel zur Achse 19 gerichtete
Komponente A1, A2 und eine jeweilige senkrecht zur Achse 19 gerichtete Komponente
T1, T2 zerlegt wird, sind die Komponenten T1 und T2 gleich und entgegengesetzt
und liefern daher eine Resultierende Null; die Komponenten A1 und
A2 dagegen, die gleich und übereinstimmend sind
und an jeweiligen zur Achse 19 symmetrischen Punkten P1,
P2 anliegen, liefern eine Resultierende von Kräften A, die auf den Stift 16 wirken
und ausschließlich
längs der
Achse 19 gerichtet sind.
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Infolge
von Mikroverformungen in dem Körper 39 und
den Köpfen 59, 69 längs der
jeweiligen Kontaktlinien 43, 73 werden die Kontaktlinien 43, 73 in
der Tat durch ringförmige
Kontaktbereiche gebildet, die jedoch so klein sind, dass sie keine
Auswirkung auf die obige Kräftezerlegung
haben.
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Die
den Stift 16 mit der Stange 23 verbindenden Vorrichtungen 35, 55 ermöglichen
daher eine Verringerung der Zunahme im Verschleiß und daher im radialen Spiel
zwischen der Aufnahme 18 und dem Abschnitt 21,
indem der Stift 16 von der Stange 23 eine Resultierende
von Kräften
A empfängt,
die keine Komponente quer zur Achse 19 hat.
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Darüber hinaus
sind die Vorrichtungen 35, 55 relativ unkompliziert,
da sie eine recht kleine Zahl von Komponenten umfassen und nur eine
Präzisionsbearbeitung
erfordern, um sicherzustellen, dass die Fläche 37 koaxial ist
zu der zylindrischen Seitenfläche des
in der Aufnahme 18 gleitenden Abschnitts 21; und
im Gegensatz zu bekannten Lösungen
muss die Fläche 65 des
Abschnitts 21 nicht vollkommen flach und senkrecht zur
Achse 19 sein.
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Da
im Falle der Einspritzvorrichtungen mit "virtuellem Hub" der Hub des Stiftes 16 nicht
durch einen entsprechend dimensionierten Abstandskörper kalibriert
werden muss, ist die Einspritzvorrichtung 51 im Vergleich
zu bekannten Lösungen äußerst unkompliziert,
da sie keinen Zwischenkörper
zwischen der Stange 23 und dem Stift 16 umfasst.
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An
den hierin beschriebenen und veranschaulichten Einspritzvorrichtungen 1, 51 können ganz
eindeutig Änderungen
vorgenommen werden, ohne jedoch vom Umfang der Ansprüche abzuweichen.