DE69932483T2

DE69932483T2 - Einspritzventil und Einspritzventilanordnung

Info

Publication number: DE69932483T2
Application number: DE69932483T
Authority: DE
Inventors: Adrian Mark Sittingbourne Kent Greaney
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Operations Luxembourg SARL
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2019-11-06
Also published as: BR9905627A; EP1001162A3; DE69932483D1; US6234413B1; EP1001162A2; MXPA99010385A; GB9824735D0; EP1001162B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Einspritzdüsen-Anordnung, die eine Einspritzdüse und eine Wand mit einer inneren Oberfläche umfasst, welche einen die Einspritzdüse aufnehmenden Hohlraum begrenzt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Einspritzventil, das in einen Hohlraum eingepasst werden soll. Die Erfindung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich in Kraftstoff-Einspritzventilen und Einspritzventil-Anordnungen für Verbrennungsmotoren geeignet.
Bei einer bekannten Art einer Einspritzdüsen-Anordnung ist eine Einspritzdüse mit einem sich axial erstreckenden Teil von im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt eng in eine Höhlung innerhalb eines Zylinderkopfs eingepasst, wobei die Höhlung eine innere Oberfläche mit entsprechendem kreisförmigem Querschnitt aufweist. Ein Verbindungsstück führt Kraftstoff von einer Hochdruckleitung in einen Kraftstoff-Durchtrittskanal in der Einspritzdüse. Der Einlass des Durchtrittskanals öffnet sich zu dem seitlichen Rand des sich axial erstreckenden Teils der Einspritzdüse. Wenn das Verbindungsstück dichtend eingepasst ist, so dass es gegen den Einlass abgedichtet ist, wird eine seitliche Kraft auf die Einspritzdüse ausgeübt. Die seitliche Kraft bewirkt eine gleiche und entgegengesetzt gerichtete Reaktionskraft dort, wo sich die im Wesentlichen konzentrischen Oberflächen der Einspritzdüse und des Hohlraums treffen, in einem Bereich, der dem Einspritzdüsen-Einlass diametral gegenüberliegt.
EP 0 821 155 offenbart einen Motor mit einem Zylinderkopf, der einen Hohlraum umgrenzt, in welchem eine Einspritzdüse aufgenommen ist. Die Einspritzdüse besitzt einen sich axial erstreckenden Teil, der einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt besitzt und der eng dichtend in einem entsprechenden, sich axial erstreckenden Teil des Hohlraums eingepasst ist, der ebenfalls einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der sich axial erstreckende Teil der Einspritzdüse bildet einen Einlass für unter hohem Druck stehenden Kraftstoff, mit welchem ein Verbindungsstück für die Zufuhr von Kraftstoff dichtend in Eingriff liegt.
Während solche Anordnungen bisher bei den üblicherweise genutzten Kraftstoffdruck-Werten eine annehmbare Leistung zeigten, hat sich bei solchen Anordnungen ein Problem ergeben, und zwar aufgrund der Konzentrationen der Beanspruchung innerhalb der Einspritzdüse in einem Schnittbereich einer sich allgemein seitlich erstreckenden Drillbohrung und einer sich allgemein axial erstreckenden Bohrung, die miteinander den Durchtrittskanal für Kraftstoff bilden. Dieses Problem wird dann noch vergrößert, wenn höhere Kraftstoffeinspritzdrücke benützt werden. Eine solche Beanspruchungskonzentration erzeugt tendenziell Zugkräfte, die im wesentlichen im rechten Winkel zu der aufgebrachten Kraft, aus der Einspritzdüse nach außen, wirken, was den Druck, dem die Einspritzdüse widerstehen kann, begrenzen kann.
Die Erfindung ist darauf gerichtet, das oben erwähnte Problem zu beseitigen oder abzumildern.
Demgemäß stellt die Erfindung eine Einspritzdüsen-Anordnung bereit, umfassend eine Wand mit einer inneren Oberfläche, die einen eine Einspritzdüse aufnehmenden Hohlraum umgrenzt, wobei die Einspritzdüse einen sich axial erstreckenden Teil umfasst, der sich in enger Passung mit einem entsprechenden, sich axial erstreckenden Teil des Hohlraums befindet. Ein Verbindungsstück führt während des Betriebs unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zu einem Hochdruck-Kraftstoffeinlass, der von dem sich axial erstreckenden Teil der Einspritzdüse begrenzt bzw. gebildet wird, wobei das Verbindungsstück an der Wand sicher befestigt ist, derart, dass eine Dichtungskraft zwischen einem Ende des Verbindungsstücks und dem Einspritzdüseneinlass entsteht. Eine Umfangsfläche des sich axial erstreckenden Teils der Einspritzdüse und die innere Oberfläche des entsprechenden, sich axial erstreckenden Teils des Hohlraums sind so gestaltet, dass sie an zwei Punkten aneinander angreifen, die einen gleichen Abstand zu einer Angriffslinie der Kraft besitzen, die ausgehend von dem Verbindungsstück auf die Einspritzdüse einwirkt, wodurch wechselseitig (einander) entgegengerichtete Reaktionskräfte hervorgerufen werden, die einen rechten Winkel zu der einwirkenden Kraft besitzen, die tendenziell zu einer seitlichen Kompression der Einspritzdüse führt, um seitliche Belastung oder Spannung innerhalb der Einspritzdüse abzubauen.
Dies lässt sich in günstiger Weise dadurch erreichen, dass ein Abstand zwischen der inneren Oberfläche der Wand und einem Bereich des Außenrand-Oberflächenbereichs der Einspritzdüse hergestellt wird, der einem Punkt, an dem die aufgebrachte Kraft einwirkt, gegenüberliegt.
Wenn die Einspritzdüse einen Durchtrittskanal zum Transportieren von unter hohem Druck stehender Flüssigkeit aufweist, der von dem seitlichen Rand der Einspritzdüse bis zu einem axialen Ende der Einspritzdüse führt, wobei die aufgebrachte Kraft seitlich durch ein Verbindungsstück aufgebracht wird, das den Durchtrittskanal mit Flüssigkeit versorgt, und der Durchtrittskanal einen ersten, sich seitlich erstreckenden Teil und einen sich hauptsächlich axial erstreckenden Teil aufweist, können die Oberflächen der Einspritzdüse und des Hohlraums in günstiger Weise so angeordnet werden, dass sie die wechselseitigen, einander entgegengerichteten Reaktionskräfte durch einen Bereich der Einspritzdüse hindurch ausrichten, an welchem die Teile des Durchtrittskanals einander schneiden.
In vorteilhafter Weise ist der sich axial erstreckende Teil der Einspritzdüse, der den oben erwähnten Teil der Außenrand-Oberfläche aufweist, im seitlichen Querschnitt teilweise kreisförmig. Vorzugsweise ist dieser sich axial erstreckende Teil so ausgestaltet, dass der teilweise kreisförmige Teil seines Außenrandes eine eng sitzende Passung mit dem im Wesentlichen kreisförmigen, entsprechenden Teil der inneren Oberfläche des Hohlraums ergibt, ausgenommen einen entlasteten Abschnitt des sich axial erstreckenden Teils mit einer exzentrisch geführten Außenrandkurve mit einem größeren Kurvenradius, wodurch die beiden Bereich gebildet werden, an denen die Einspritzdüse und die innere Oberfläche des Hohlraums aneinander angreifen, um die entsprechenden Reaktionskräfte bereitzustellen.
Alternativ kann die Einspritzdüse einen sich axial erstreckenden Teil aufweisen, der im seitlichen Querschnitt im wesentlichen kreisförmig ist, wobei sich zwei Unregelmäßigkeiten von der inneren Oberfläche des Hohlraums ausgehend, die im Übrigen einen entsprechenden, kreisförmigen Querschnitt aufweist, radial nach innen erstrecken, wodurch die beide Bereiche gebildet werden, an denen die Einspritzdüse und die innere Oberfläche des Hohlraums aneinander angreifen, um die entsprechenden Reaktionskräfte bereitzustellen.
Das Verbindungsstück bringt in günstiger Weise eine seitliche Kraft in einer Richtung entlang des sich hauptsächlich seitlich erstreckenden Teils des Durchtrittskanals auf halbem Weg zwischen den Angriffsbereichen auf, wodurch die Einspritzdüse zweigeteilt wird.
Um die Möglichkeit einer Inspektion oder Bedienung der Einspritzdüsen-Anordnung zu verbessern, kann die Wand einen Körper-Teil mit einer eine Hülse aufnehmenden Bohrung umfassen, deren innere Oberfläche den genannten Hohlraum begrenzt.
Die Erfindung umfasst außerdem eine Einspritzdüse zum Einpassen in einen Hohlraum einer Einspritzdüsen-Anordnung, wobei die Einspritzdüse einen sich axial erstreckenden Teil umfasst, der einen Einlass für unter hohem Druck stehenden Kraftstoff bildet bzw. begrenzt. Der sich axial erstreckende Teil ist im seitlichen Querschnitt teilweise kreisförmig ausgebildet, wobei sich ein entlasteter Abschnitt von diesem über einen Bereich erstreckt, der dem Einlass für unter hohem Druck stehenden Kraft diametral gegenüberliegt und eine exzentrisch ausgebildete Randkurve mit einem großen Kurvenradius aufweist, wodurch zwei randständige Unregelmäßigkeiten zum Angriff an einer inneren Oberfläche des Hohlraums mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt zur Verfügung gestellt werden.
Um die Erfindung gut verständlich zu machen, soll nun ein Beispiel dafür, das rein zu Illustrationszwecken angegeben ist, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, worin:
1 einen Teilquerschnitt durch einen Zylinderkopf mit einer Einspritzdüsen-Anordnung zeigt; und
2 einen seitlichen Querschnitt durch die in 1 gezeigte Einspritzdüsen-Anordnung ist.
Bezugnehmend auf die Figuren umfasst der Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors eine Wand 1 mit einer inneren Oberfläche 2, die einen Hohlraum zur Aufnahme einer Einspritzdüse 3 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder (nicht gezeigt) des Motors umfasst. Die Einspritzdüse 3 besitzt eine Bohrung 4, die sich hauptsächlich seitlich von ihrem Einlass 5 ausgehend erstreckt, der sich zum seitlichen Rand der Einspritzdüse 3, zu einer Schnittstelle 11 mit einer anderen Drillbohrung 6, öffnet. Die Drillbohrung 6 erstreckt sich hauptsächlich axial innerhalb der Einspritzdüse 3, ausgehend von der Schnittstelle 11, um die zuerst erwähnte Drillbohrung 4 mit einem Auslass 7 zu verbinden. Die beiden Drillbohrungen 4, 6 bilden zusammen einen Durchtrittskanal zum Transportieren von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff.
Während des Betriebs wird Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe durch ein Rohr 8 durch ein Verbindungsstück 9 in den Einlass 5 eingeführt und durch den Kraftstoff-Durchtrittskanal 4, 6 in den Zylinder eingespritzt. Um eine wirksame Dichtung zwischen dem Einlass 5 des Kraftstoff-Durchtrittskanals 4, 6 und dem Auslassende des Verbindungsstücks 9 bereitzustellen, ist das Verbindungsstück 9 durch eine Schraubbefestigung 9a gesichert an der Wand 1 befestigt, um die notwendige Dichtungskraft zu liefern. Während die beispielhafte Anordnung ein Verbindungsstück 9 zeigt, dessen Achse im wesentlichen rechtwinklig zur der Achse der Einspritzdüse 3 angeordnet ist, sollte klar sein, dass die Erfindung gleichermaßen auf Anordnungen anwendbar ist, in denen die Verbindungsstück-Achse zur Einspritzdüsen-Achse geneigt angeordnet ist, wodurch eine Dichtkraft mit einem wesentlichen Anteil in der Richtung der Achse der Einspritzdüse zusätzlich zu einem seitlichen Anteil bereitgestellt wird.
Ein sich axial erstreckender Teil 10 der Einspritzdüse 3, der den Einlass umfasst, ist innerhalb eines entsprechenden, sich axial erstreckenden Teils des Hohlraums mit einem im wesentlichen kreisförmigen seitlichen Querschnitt eng sitzend eingepasst. Wie am deutlichsten in 2 gezeigt, ist unter Nichtberücksichtigung der durch den Einlass 5 gebildeten Unregelmäßigkeit der Teil 10 im seitlichen Querschnitt nicht kreisförmig. Stattdessen ist ein Teil 10 mit regelmäßigem kreisförmigem Querschnitt über einen Bereich hinweg entlastet, der dem Einlass 5 diametral gegenüberliegt, wobei dieser entlastete Abschnitt einen exzentrisch angeordneten Umfangsrand mit einem größeren Kurvenradius besitzt. Wenn nun die Einspritzdüse 3 in den Hohlraum eingepasst ist und eine seitliche Kraft F durch das Verbindungsstück 9 aufgebracht wird, greift der sich axial erstreckende Teil 10 der Einspritzdüse 3 die innere Oberfläche 2 des Hohlraums an zwei Punkten an, die den gleichen Abstand zu einer Angriffslinie der aufgebrachten Kraft besitzen, welche entlang des Kraftstoff-Durchtrittskanals 4, 6 wirkt, was zwei resultierende Reaktionskräfte F_R zur Folge hat, eine zu jeder Seite der Angriffslinie der aufgebrachten Kraft F. Jede Reaktionskraft F_R hat eine Komponente, die rechtwinklig zu der Richtung der aufgebrachten Kraft F wirkt und durch die Schnittstelle 11 der Drillbohrung 4, 6 hindurchtritt. Auf diese Weise wird eine Druckkraft erzeugt, die dazu tendiert, Belastungskräften an der Schnittstelle 11 entgegenzuwirken, die durch unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in dem Durchtrittskanal 4, 6 erzeugt werden und in eine Richtung im rechten Winkel zu der aufgebrachten Kraft F einwirken.
Es ist deutlich, dass diese Anordnung auch das Ansteigen einer solchen Belastungskonzentration vermeidet, die aus einer einzelnen Reaktionskraft resultiert, die gleich und entgegengerichtet zu der aufgebrachten Kraft F ist und durch die Schnittstelle 11 hindurch wirkt.
Die aufgebrachte Klemmkraft F, der Ort der Angriffspunkte zwischen den Oberflächen der Einspritzdüse und des Hohlraums und der Winkel 9 zwischen den Reaktionskräften F_R in der beispielhaften Ausführungsform sind so gewählt, dass eine geringe Druckkraft an der Schnittstelle 11 auftritt, wenn kein unter hohem Druck stehender Kraftstoff in dem Durchtrittskanal 4, 6 fließt. Während des Betriebs, währenddessen ein fluktuierender Kraftstoffdruck in dem Durchtrittskanal 4, 6 herrscht, können die höchsten und mittleren Belastungen, die erfahrungsgemäß an der Schnittstelle 11 auftreten, signifikant verringert werden.
Es ist offensichtlich, dass viele andere Wege zur Erzeugung von Reaktionskräften mit Druck-Bestandteilen im rechten Winkel zu der aufgebrachten Kraft für den Fachmann erkennbar sind. Beispielweise können Unregelmäßigkeiten auf der inneren Oberfläche des Hohlraums vorgesehen sein, die versetzt zu einer der beiden Seiten der Linie der aufgebrachten Kraft angeordnet sind, wodurch bei Verwendung einer Einspritzdüse, die einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist, geeignete Druckkräfte erhalten werden können. Solche Unregelmäßigkeiten können auf der inneren Oberfläche einer Hülse ausgebildet sein, die sodann in eine Bohrung in der Wandung eingesetzt wird

Claims

Einspritzdüsen-Anordnung, umfassend: eine Wand (1) mit einer inneren Oberfläche (2), die einen eine Einspritzdüse (3) aufnehmenden Hohlraum begrenzt, wobei die Einspritzdüse (3) einen sich axial erstreckenden Teil (10) umfasst, der sich in enger Passung mit einem entsprechenden, sich axial erstreckenden Teil des Hohlraums befindet; ein Verbindungsstück (9) zum Heranführen von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff während des Betriebs an einen Hochdruck-Kraftstoffeinlass (5), der von dem sich axial erstreckenden Teil der Einspritzdüse (3) begrenzt bzw. gebildet wird, wobei das Verbindungsstück (9) an der Wand (1) sicher befestigt ist, derart, dass eine Dichtungskraft zwischen einem Ende des Verbindungsstücks (9) und dem Hochdruck-Kraftstoffeinlass (5) entsteht, wobei die Einspritzdüsen-Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Umfangsfläche des sich axial erstreckenden Teils der Einspritzdüse (3) und die innere Oberfläche (2) des entsprechenden sich axial erstreckenden Teils des Hohlraums so gestaltet sind, dass sie an zwei Punkten aneinander angreifen, die einen gleichen Abstand zu einer Angriffslinie der Kraft besitzen, die ausgehend von dem Verbindungsstück (9) auf die Einspritzdüse (3) einwirkt, wodurch wechselseitig (einander) entgegengerichtete Reaktionskräfte hervorgerufen werden, die einen rechten Winkel zu der einwirkenden Kraft besitzen, die zu einer seitlichen Kompression der Einspritzdüse (3) führt, um seitliche Belastung oder Spannung innerhalb der Einspritzdüse (3) abzubauen.
Einspritzdüsen-Anordnung wie in Anspruch 1 beansprucht, worin ein Raum zwischen der inneren Oberfläche (2) der Wand (1) und einem Bereich der Umfangsfläche der Einspritzdüse (3) vorhanden ist, der einem Punkt des Einwirkens der einwirkenden Kraft gegenüberliegt.
Einspritzdüsen-Anordnung wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht, worin der sich axial erstreckende Teil (10) im seitlichen Querschnitt teilweise kreisförmig ist.
Einspritzdüsen-Anordnung wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 beansprucht, worin der sich axial erstreckende Teil (10) so gestaltet ist, dass der teilweise kreisförmige Teil seines Außenumfangs einen engen Passsitz mit einem im wesentlichen kreisförmigen entsprechenden Teil der inneren Oberfläche (2) des Hohlraums bildet, aber für einen entlasteten Abschnitt des sich axial erstreckenden Teils (10) eine exzentrisch geführte Außenrandkurve mit einem größeren Kurvenradius besitzt, wodurch die beiden Bereiche gebildet werden, an denen die Einspritzdüse (3) und die innere Oberfläche (2) des Hohlraums aneinander angreifen, um die entsprechenden Reaktionskräfte bereitzustellen.
Einspritzdüsen-Anordnung wie in einem der Ansprüche 1 oder 2 beansprucht, worin der sich axial erstreckende Teil (10) der Einspritzdüse (3) im seitlichen Querschnitt im wesentlichen kreisförmig ist, wobei die innere Oberfläche (2) der Wand (1) mit zwei Unregelmäßigkeiten versehen ist, die sich von der inneren Oberfläche (2) des Hohlraums ausgehend radial nach innen erstrecken, die im übrigen aber einen entsprechend kreisförmigen Querschnitt aufweist, wodurch zwei Bereiche gebildet werden, an denen die Einspritzdüse (3) und die innere Oberfläche (2) des Hohlraums aneinander angreifen, um die entsprechenden Reaktionskräfte bereitzustellen.
Einspritzdüsen-Anordnung wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht, worin die Einspritzdüse (3) und der Hohlraum so gestaltet sind, dass Reaktionskräfte mit zwei wechselseitig gleichen und (einander) entgegengerichteten Anteilen hervorgerufen werden, die im rechten Winkel zu der einwirkenden Kraft stehen.
Einspritzdüsen-Anordnung wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht, worin die Einspritzdüse (3) einen Durchgangskanal (4, 6) zum Befördern von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff aufweist, der von dem Einlass (5) am seitlichen Außenumfang der Einspritzdüse (3) zu einem axialen Ende der Einspritzdüse führt, wobei die einwirkende Kraft seitlich mit Hilfe des Verbindungsstücks (9), mit dem dem Durchgangskanal Kraftstoff zugeführt wird, aufgebracht wird.
Einspritzdüsen-Anordnung wie in Anspruch 7 beansprucht, worin der Durchgangskanal (4, 6) einen sich hauptsächlich seitlich erstreckenden Teil (4) und einen sich hauptsächlich axial erstreckenden Teil (6) umfasst und worin Oberflächen der Einspritzdüse (3) und des Hohlraums so angeordnet sind, dass sie die wechselseitig (einander) entgegengerichteten Reaktionskräfte durch einen Bereich (11) der Einspritzdüse (3) leiten, in welchem die Teile (4, 6) des Durchtrittskanals einander schneiden.
Einspritzdüsen-Anordnung wie in Anspruch 7 oder 8 beansprucht, worin das Verbindungsstück (9) eine seitliche Kraft in einer Richtung entlang des sich hauptsächlich seitlich erstreckenden Teils (4) des Durchgangskanals auf halbem Weg zwischen den beiden Bereichen aufbringt, an denen die Einspritzdüse (3) und die innere Oberfläche (2) des Hohlraums aneinander angreifen, und damit die Einspritzdüse (3) zweiteilt.
Einspritzdüsen-Anordnung wie in einem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht, worin die Wand (1) einen Körper-Teil mit einer eine Hülse aufnehmenden Bohrung umfasst, wobei die Hülse eine innere Oberfläche besitzt, welche den Hohlraum begrenzt.
Einspritzdüse (3) zum Einpassen in einen Hohlraum einer Einspritzdüsen-Anordnung, wobei die Einspritzdüse (3) einen sich axial erstreckenden Teil (10) umfasst, der einen Einlass (5) für unter hohem Druck stehenden Kraftstoff begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der sich axial erstreckende Teil (10) im seitlichen Querschnitt teilweise kreisförmig ist, und worin ein entlasteter Abschnitt des sich axial erstreckenden Teils (10) sich über einen Bereich erstreckt, der dem Einlass (5) für unter hohem Druck stehendem Kraftstoff diametral gegenüberliegt und eine exzentrisch ausgebildete Randkurve mit einem größeren Kurvenradius als dem des sich axial erstreckenden Teils (10) umfasst, wodurch zwei randständige Unregelmäßigkeiten zum Angriff an einer inneren Oberfläche (2) des Hohlraums, die einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt besitzt, zur Verfügung gestellt werden.