-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Offenbarung ist auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung gerichtet, und insbesondere auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem verringerten Druck im Ankerhohlraum.
-
Hintergrund
-
Brennstoffeinspritzvorrichtungen mit gemeinsamer Druckleitung bzw. Common-Rail-Brennstoffeinspritzvorrichtungen, sehen einen Weg vor, um Brennstoff von einer gemeinsamen Versorgungsleitung in die Brennkammern eines Motors einzuleiten. Typischerweise weisen Common-Rail-Brennstoffeinspritzvorrichtungen einen Betätigungselektromagneten auf, der ein Steuerventil öffnet, welches einen Brennstoffdruck auf einer Seite eines Rückschlagelementes regelt. Wenn der Druck am Rückschlagelement abfällt, beginnt das Rückschlagelement sich abzuheben und die Brennstoffeinspritzung beginnt. Wenn der Druck am Rückschlagelement steigt, schließt das Rückschlagelement und die Brennstoffeinspritzung endet. Entsprechend wird Brennstoff als eine Funktion der Zeitperiode eingespritzt, während der ein Anker des Elektromagneten erregt wird. Ein Beispiel einer solchen Brennstoffeinspritzvorrichtung wird offenbart im
US-Patent Nr. 7,013,876 von Puckett und Anderen, welches am 21. März 2006 erteilt wurde.
-
Ein weitverbreitetes Problem, welches mit Common-Rail-Brennstoffeinspritzvorrichtungen assoziiert ist, ist als Springen der Einspritzvorrichtung bekannt. Ein Springen bzw. Stöße an der Einspritzvorrichtung können auftreten, wenn das Steuerventil schnell geschlossen wird und es von einem assoziierten Sitz wegspringt. Wenn das Steuerventil von seinem Sitz wegspringt, wird eine Verzögerung beim Schließen des Steuerventils erzeugt, die zu einer Verzögerung des Einspritzungsendes und/oder zu einer Einspritzung von zusätzlichem Brennstoff führen kann. Eine Einspritzverzögerung und zusätzliche Einspritzungen können den Wirkungsgrad des Motors verringern und einen instabilen Motorbetrieb bewirken.
-
Die Brennstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Offenbarung spricht eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme und/oder andere Probleme des Standes der Technik an.
-
Zusammenfassung
-
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf einen Einsatz zur Verwendung mit einer Ankeranordnung gerichtet. Der Einsatz kann eine Oberseite aufweisen, die konfiguriert ist, um strömungsmittelmäßig mit einem Hohlraum der Ankeranordnung in Verbindung zu stehen, eine Unterseite, die entgegengesetzt zur Oberseite gelegen ist und konfiguriert ist, um mit einer Wand der Ankeranordnung in Eingriff zu kommen, und eine mittige Bohrung, die von der Oberseite zur Unterseite verläuft und konfiguriert ist, um einen Stift der Ankeranordnung aufzunehmen. Der Einsatz kann auch einen ersten Durchlass aufweisen, der zumindest teilweise innerhalb der Unterseite geformt ist und einen Effusor- bzw. Einflussteil, einen Halsteil und einen Diffusor- bzw. Ausflussteil hat; und einen zweiten Durchlass, der sich vom Halsteil zur Oberseite erstreckt.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf eine Ankeranordnung gerichtet. Die Ankeranordnung kann einen Körper mit einem Ankerhohlraum aufweisen, weiter einen Anker, der in dem Ankerhohlraum angeordnet ist, und einen Einsatz, der in dem Ankerhohlraum angeordnet ist. Der Einsatz kann zumindest einen Teil einer Venturi-Anordnung darin ausgeformt haben, der konfiguriert ist, um einen Druck des Ankerhohlraums zu verringern.
-
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung gerichtet. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung kann eine Brennstoffdüse mit mindestens einer Einspritzzumessöffnung haben, und ein Nadelelement, welches ein Spitzenende und ein Basisende hat. Das Nadelelement kann innerhalb der Brennstoffdüse zwischen einer ersten Position, in der das Spitzenende des Nadelelementes einen Brennstofffluss durch die mindestens eine Einspritzzumessöffnung verhindert, und einer zweiten Position bewegbar sein, in der ein Brennstofffluss durch die mindestens eine Einspritzzumessöffnung im Wesentlichen nicht durch das Spitzenende des Nadelelementes behindert wird. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung kann auch eine Steuerkammer aufweisen, die am Basisende des Nadelelementes gelegen ist, einen Körper und ein Steuerventil, welches innerhalb des Körpers angeordnet ist und bewegbar ist, um selektiv die Steuerkammer abzulassen bzw. zu entleeren, wodurch bewirkt wird, dass das Nadelelement sich zwischen den ersten und zweiten Positionen bewegt. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung kann weiter einen Anker aufweisen, der innerhalb eines Ankerhohlraums des Körpers angeordnet ist und selektiv erregt wird, um das Steuerventil zu bewegen, und eine Druckverringerungsvorrichtung, die innerhalb des Körpers angeordnet ist und konfiguriert ist, um einen Druck des Ankerhohlraums zu verringern.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zur Einspritzung von Brennstoff gerichtet. Das Verfahren kann aufweisen, Hochdruckbrennstoff in eine Düse einer Brennstoffeinspritzvorrichtung zu leiten und Niederdruckkühlmittel in einen Ankerhohlraum der Brennstoffeinspritzvorrichtung zu leiten. Das Verfahren kann weiter aufweisen, einen Anker innerhalb des Ankerhohlraums zu erregen, um zu gestatten, dass Hochdruckbrennstoff aus der Düse ausgelassen wird, und einen Druck des Niederdruckkühlmittels innerhalb des Ankerhohlraums unter einen Verdampfungspunkt zu verringern.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine teilweise quergeschnittene und schematische Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten Brennstoffsystems;
-
2 ist eine Querschnittsansicht einer beispielhaften offenbarten Brennstoffeinspritzvorrichtung, die bei dem Brennstoffsystem der 1 verwendet werden kann;
-
3 ist eine quergeschnittene Veranschaulichung eines Teils der Brennstoffeinspritzvorrichtung der 2;
-
4 ist eine weitere quergeschnittene Veranschaulichung eines Teils der Brennstoffeinspritzvorrichtung der 2; und
-
5 ist eine bildliche Darstellung eines Einsatzes der Brennstoffeinspritzvorrichtung der 2.
-
Detaillierte Beschreibung
-
1 veranschaulicht einen Motor 10 und eine beispielhafte Ausführungsform eines Brennstoffsystems 12. Für die Zwecke dieser Offenbarung ist der Motor 10 als ein Vier-Takt-Dieselmotor abgebildet und wird als solcher beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Motor 10 irgendeine andere Bauart eines Verbrennungsmotors sein kann, wie beispielweise ein mit Benzin oder verflüssigtem gasförmigen Brennstoff angetriebener Motor. Der Motor 10 kann einen Motorblock 14 aufweisen, der eine Vielzahl von Zylindern 16 definiert, weiter einen Kolben 18, der jeweils in jedem Zylinder 16 angeordnet ist, und einen Zylinderkopf 20, der mit jedem Zylinder 16 assoziiert ist.
-
Der Zylinder 16, der Kolben 18 und der Zylinderkopf 20 können zusammen eine Brennkammer 22 bilden. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist der Motor 10 sechs Brennkammern 22 auf. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Motor 10 eine größere oder geringere Anzahl von Brennkammern 22 aufweisen kann, und dass die Brennkammern 22 in einer „Reihenkonfiguration”, in einer „V-Konfiguration” oder in irgendeiner anderen geeigneten Konfiguration angeordnet sein können.
-
Wie ebenfalls in 1 gezeigt, kann der Motor 10 eine Kurbelwelle 24 aufweisen, die drehbar innerhalb des Motorblocks 14 angeordnet ist. Eine Verbindungsstange bzw. Pleuelstange 26 kann jeden Kolben 18 mit der Kurbelwelle 24 verbinden, so dass eine Gleitbewegung des Kolbens 18 innerhalb jedes jeweiligen Zylinders 16 eine Drehung der Kurbelwelle 24 zur Folge hat. In ähnlicher Weise kann eine Drehung der Kurbelwelle 24 eine Gleitbewegung des Kolbens 18 zur Folge haben.
-
Das Brennstoffsystem 12 kann Komponenten aufweisen, die zusammenarbeiten, um Einspritzungen von unter Druck gesetztem Brennstoff in die Brennkammern 22 während jeder Drehung der Kurbelwelle 24 zu liefern. Insbesondere kann das Brennstoffsystem 12 einen Tank 28 aufweisen, der konfiguriert ist, um eine Brennstoffversorgung bzw. einen Brennstoffvorrat zu enthalten, und eine Brennstoffpumpanordnung 30, die konfiguriert ist, um den Brennstoff unter Druck zu setzen und den unter Druck gesetzten Brennstoff zu einer Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 mittels einer Common-Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung 34 zu leiten.
-
Die Brennstoffpumpanordnung 30 kann eine oder mehrere Pumpvorrichtungen aufweisen, die dahingehend wirken, dass sie den Druck des Brennstoffes steigern, der aus dem Tank 28 gezogen wird, und dass sie einen oder mehrere unter Druck gesetzte Brennstoffströme zu der Common-Rail 34 leiten. In einem Beispiel weist die Pumpanordnung 30 eine Niederdruckquelle 36 und eine Hochdruckquelle 38 auf, die in Reihe angeordnet sind und strömungsmittelmäßig durch eine Brennstoffleitung 40 verbunden sind. Die Niederdruckquelle 36 kann eine Transferpumpe bzw. Vorpumpe sein, die konfiguriert ist, um eine Niederdruckeinspeisung in die Hochdruckquelle 38 vorzusehen, und für Kühlzwecke direkt zu den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32. Die Hochdruckquelle 38 kann mit den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 mittels einer Brennstoffleitung 41 verbunden sein. Die Hochdruckquelle 38 kann konfiguriert sein, um die Niederdruckeinspeisung aufzunehmen und den Druck des Brennstoffes auf einen Bereich von ungefähr 30–300 MPa zu steigern. Die Hochdruckquelle 38 kann mit der Common-Rail 34 durch eine Brennstoffleitung 42 verbunden sein. Das Rückschlagventil 44 kann innerhalb der Brennstoffleitung 42 angeordnet sein, um einen Fluss von Brennstoff in einer Richtung von der Brennstoffpumpanordnung 30 zur Common-Rail 34 vorzusehen.
-
Die Niederdruckquelle 36 und/oder die Hochdruckquelle 38 können betriebsmäßig mit dem Motor 10 verbunden sein und von der Kurbelwelle 24 angetrieben werden. Die Niederdruckquelle 36 und/oder die Hochdruckquelle 38 können mit der Kurbelwelle 24 in irgendeiner Weise verbunden sein, die dem Fachmann leicht offensichtlich ist, so dass eine Drehung der Kurbelwelle 24 eine entsprechende Drehung der Pumpenantriebswelle zur Folge haben wird. Beispielsweise ist eine Pumpenantriebswelle 46 der Hochdruckquelle 38 in 1 derart gezeigt, dass sie mit der Kurbelwelle 24 durch einen Getriebe- bzw. Zahnradstrang 48 verbunden ist. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die Niederdruckquelle 36 und/oder die Hochdruckquelle 38 alternativ elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise angetrieben werden können.
-
Die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 können innerhalb der Zylinderköpfe 20 angeordnet sein und mit der Common-Rail 34 durch eine Vielzahl von Brennstoffleitungen 50 und mit dem Tank 28 durch eine Ablaufleitung 51 verbunden sein. Jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 kann betreibbar sein, um eine Menge von unter Druck gesetztem Brennstoff in eine assoziierte Brennkammer 22 zu vorbestimmten Zeitpunkten, mit vorbestimmten Brennstoffdrücken und mit vorbestimmten Brennstoffflussraten einzuspritzen. Die Zeitsteuerung der Brennstoffeinspritzung in die Brennkammer 22 kann mit der Bewegung des Kolbens 18 synchronisiert sein. Beispielsweise kann der Brennstoff eingespritzt werden, wenn sich der Kolben 18 einer oberen Totpunktposition in einem Kompressionshub nähert, um eine kompressionsgezündete bzw. verdichtungsgezündete Verbrennung des eingespritzten Brennstoffes zu gestatten. Alternativ kann Brennstoff eingespritzt werden, wenn der Kolben 18 den Kompressionshub beginnt, wobei er sich zu einer oberen Totpunktposition hin bewegt, und zwar für einen HCCI-Betrieb bzw. Betrieb mit homogener kompressionsgezündeter Ladung. Der Brennstoff kann auch eingespritzt werden, wenn der Kolben 18 sich von einer oberen Totpunktposition zu einer unteren Totpunktposition während eines Expansionshubes bewegt, und zwar für eine späte Nacheinspritzung, um eine reduzierende Atmosphäre für eine Nachbehandlungsregeneration zu erzeugen.
-
Wie in 2 veranschaulicht, kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 eine Unit-Brennstoffeinspritzvorrichtung bzw. Pumpe-Düse-Brennstoffeinspritzvorrichtung mit geschlossener Düse sein. Insbesondere kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 einen Körper 52, ein Düsengehäuse 54, welches betriebsmäßig mit dem Einspritzvorrichtungskörper 52 verbunden ist; und eine Führung 56 aufweisen, weiter eine Hülse 58 und ein Düse 60, die zumindest teilweise innerhalb des Düsengehäuses 54 angeordnet ist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 kann auch ein Nadelelement 62 aufweisen, welches innerhalb der Düse 60 gelegen ist, und eine Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 64, die innerhalb des Körpers 52 an einem Ende der Einspritzvorrichtung 32 angeordnet ist, welches gegenüberliegend zur Düse 60 ist. Es wird in Betracht gezogen, dass zusätzliche Komponenten innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 vorgesehen sein könnten, wie beispielsweise Druckausgleichsdurchlasswege, Akkumulatoren und andere in der Technik bekannte Einspritzvorrichtungskomponenten.
-
Der Einspritzvorrichtungskörper 52 kann ein zylindrisches Glied verkörpern, welches konfiguriert ist, um innerhalb des Zylinderkopfs 20 montiert zu werden, und welches einen oder mehrere Durchlasswege hat. In dem offenbarten Ausführungsbeispiel weist der Einspritzvorrichtungskörper 52 eine mittige Bohrung 66 auf, die konfiguriert ist, um die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 64 aufzunehmen, weiter einen Niederdruckbrennstoffeinlass 68, einen Niederdruckbrennstoffauslass 70 und einen Hochdruckbrennstoffeinlass 72. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass zusätzliche, weniger und/oder andere Durchlässe in dem Einspritzvorrichtungskörper 52 vorgesehen sein können, falls erwünscht. Der Niederdruckbrennstoffeinlass 68 kann sich radial nach innen von der Brennstoffleitung 41 zur mittigen Bohrung 66 erstrecken, um die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 64 mit Niederdruckbrennstoff zu versorgen, der als Kühlmittel wirkt, um die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 64 während des Betriebs zu kühlen. Der Niederdruckbrennstoffauslass 70 kann sich radial zurück nach außen von der mittigen Bohrung 66 an einer Stelle näher zur Düse 60 hin erstrecken als der Niederdruckbrennstoffeinlass 68, und zwar zu einer äußeren zylindrischen Fläche des Körpers 52, um nun wärmeren Brennstoff zur Ablaufleitung 51 zu leiten. Der Hochdruckbrennstoffeinlass 72 kann sich von der äußeren zylindrischen Fläche des Körpers 52 zu einer axialen Schnittstelle mit der Führung 56 erstrecken.
-
Das Düsengehäuse 54 kann ein zylindrisches Glied mit einer mittigen Bohrung 74 verkörpern, welches konfiguriert ist, um die Führung 56, die Hülse 58 und die Düse 60 aufzunehmen. Das Düsengehäuse 54 kann auch eine Öffnung 76 aufweisen, durch die ein Spitzenende 78 der Düse 60 vorsteht.
-
Die Führung 56 kann ein zylindrisches Glied verkörpern, welches axial mit dem Körper 52 ausgerichtet ist und innerhalb des Düsengehäuses 54 angeordnet ist, und zwar zwischen dem Körper 52 und der Hülse 58. Die Führung 56 kann eine innen geformte Steuerkammer 80 besitzen, die in direkter Verbindung mit einem Basisende des Nadelelementes 62 ist und radial bezüglich des Hochdruckbrennstoffdurchlasses 82 versetzt ist, der den Hochdruckbrennstoffeinlass 72 mit der Hülse 58 verbindet. Aus der Steuerkammer 80 kann selektiv unter Druck gesetzter Brennstoff abgelassen werden oder unter Druck gesetzter Brennstoff kann dort hinein geliefert werden, um eine Hin- und Herbewegung des Nadelelementes 62 zu beeinflussen. In dem offenbarten Ausführungsbeispiel können eine oder mehrere Zumessöffnungsplatten 84, 86 zwischen der Führung 56 und dem Körper 52 angeordnet sein, falls erwünscht. Die Zumessöffnungsplatten 84, 86 können einen gemeinsamen Steuerdurchlass 88 aufweisen, der sich von der mittigen Bohrung 66 des Körpers 52 zur Steuerkammer 80 erstreckt, und einen gemeinsamen Hochdruckdurchlass 90, der sich vom Hochdruckeinlass 72 des Körpers 52 zum Hochdruckbrennstoffdurchlass 82 innerhalb der Führung 56 erstreckt.
-
Die Hülse 58 kann auch ein zylindrisches Glied mit einer mittigen Bohrung 92 verkörpern, die konfiguriert ist, um das Nadelelement 62 und eine Rückstellfeder 94 aufzunehmen. Die Rückstellfeder 94 kann zwischen einem Stopp bzw. Anschlag 96 und einer Endsitzfläche 98 der Führung 56 angeordnet sein, um das Nadelelement 62 zum Spitzenende 78 der Düse 60 axial vorzuspannen. Ein Abstandshalter 100 kann zwischen der Rückstellfeder 94 und dem Anschlag 96 angeordnet sein, um eine Abnutzung der Komponenten innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zu verringern und/oder um eine Last bzw. Vorspannung der Rückstellfeder 94 einzustellen, falls erwünscht.
-
Die Düse 60 kann in gleicher Weise ein zylindrisches Glied verkörpern und eine mittige Bohrung 102 haben, die konfiguriert ist, um das Nadelelement 62 aufzunehmen. Ein Raum zwischen den Wänden der mittigen Bohrung 102 und dem Nadelelement 62 kann eine Druckkammer bilden, die eine Versorgung bzw. einen Vorrat von unter Druck gesetztem Brennstoff enthält, der von dem Hochdruckdurchlass 82 in Vorbereitung eines Einspritzereignisses aufgenommen wurde. Die Düse 60 kann auch eine oder mehrere Zumessöffnungen 104 aufweisen, die gestatten, dass unter Druck gesetzter Brennstoff aus der Druckkammer und in die Brennkammern 22 des Motors 10 fließt, wenn das Nadelelement 62 von den Zumessöffnungen 104 weg bewegt wird.
-
Das Nadelelement 62 kann ein langgestrecktes zylindrisches Glied sein, welches gleitend innerhalb der Führung 56, der Hülse 58 und der Düse 60 angeordnet ist. Das Nadelelement 62 kann axial bewegbar sein, und zwar zwischen einer ersten Position, in der ein Spitzenende des Nadelelementes 62 im Wesentlichen ein Fluss von Brennstoff durch die Zumessöffnungen 104 blockiert, und einer zweiten Position, in der die Zumessöffnungen 104 offen sind, um einen Fluss von Brennstoff in die Brennkammer 22 zu gestatten. Es wird in Betracht gezogen, dass das Nadelelement 62 ein mehrteiliges bzw. mehrgliedriges Element ist, welches ein Nadelglied und ein Kolbenglied besitzt, oder ein einzelnes Element, welches eine integrale Kolbenfläche an seinem Basisende hat, wie erwünscht.
-
Das Nadelelement 62 kann mehrere hydraulische Antriebsflächen haben. Beispielsweise kann das Nadelelement 62 eine erste hydraulische Fläche 106 und eine zweite hydraulische Fläche 108 aufweisen. Die erste hydraulische Fläche 106 kann dazu tendieren, das Nadelelement 62 mit der Vorspannung der Rückstellfeder 94 zu einer ersten Position oder Zumessöffnungsblockierungsposition zu treiben, wenn unter Druck gesetzter Brennstoff darauf wirkt. Die zweite hydraulische Fläche 108 kann dazu tendieren, gegen die Vorspannung der Rückstellfeder 94 zu wirken und das Nadelelement 62 in die entgegengesetzte Richtung zu einer zweiten Position oder Zumessöffnungsöffnungsposition zu treiben, wenn unter Druck gesetzter Brennstoff darauf wirkt.
-
Die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 64 kann an einem Ende der Einspritzvorrichtung 62 angeordnet sein, welches gegenüberliegend zur Düse 60 ist, um die Kräfte zu steuern, die auf das Nadelelement 62 wirken. Insbesondere kann die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 64 Wicklungen 110 von geeigneter Form und Größe aufweisen, durch welche Strom fließen kann, um ein Magnetfeld zu erzeugen, und einen Anker 112, der mit den Wicklungen 110 assoziiert ist. Der Anker 112 kann fest mit einem Zwei-Positionen-Ankerstift 114 innerhalb eines Hohlraums 116 verbunden sein, und wenn die Wicklungen 110 erregt werden, kann das Magnetfeld, welches von den Wicklungen 110 aufgebaut wird, den Anker 112 und den damit verbundenen Ankerstift 114 gegen die Vorspannung einer Rückstellfeder 116 von einer ersten Position oder Nicht-Einspritzungsposition zu einer zweiten Position oder Einspritzposition drücken. Beispielsweise kann der Ankerstift 114 zwischen einem unteren Sitz 118 und einem oberen Sitz 120 bewegt werden.
-
Wenn die Wicklungen 110 nicht erregt sind, kann die Feder 116 den Ankerstift 114 in die Nicht-Einspritzposition bewegen (d. h. nach unten gegen den unteren Sitz 118, wie in 2 gezeigt), und Brennstoff kann vom Hochdruckbrennstoffeinlass 72 durch den Durchlass 90 und in die Steuerkammer 80 über einen (nicht gezeigten) quergebohrten radialen Durchlass fließen. Der unter Druck gesetzte Brennstoff innerhalb der Steuerkammer 80 kann eine nach unten gerichtete Kraft auf der hydraulischen Fläche 106 erzeugen, die in Kombination mit der Kraft der Rückstellfeder 94 wirkt, um irgendeine nach oben gerichtete Kraft auf der hydraulischen Fläche 108 zu überwinden und das Nadelelement 62 zu bewegen, um die Zumessöffnungen 104 zu schließen und die Brennstoffeinspritzung zu beenden. Wenn die Wicklungen 110 erregt werden, kann Brennstoff von der Steuerkammer 80 zum Tank 28 über den Durchlass 88, die mittige Bohrung 66 und den Niederdruckbrennstoffauslass 70 fließen. Wenn Brennstoff von der Steuerkammer 80 zum Tank 28 hin abläuft, kann die aufwärts gerichtete Kraft des unter Druck gesetzten Strömungsmittels, die auf die hydraulische Fläche 108 wirkt, das Nadelelement 62 gegen die Rückstellfeder 94 drücken, wodurch die Zumessöffnungen 104 geöffnet werden und eine Brennstoffeinspritzung in die Brennkammern 22 eingeleitet wird. Wenn die Wicklungen 110 darauf folgend entregt werden, kann die Rückstellfeder 116 den Ankerstift 114 in die Nicht-Einspritzposition zurückstellen. In dieser Weise können die Zeitsteuerung und das Niveau des induzierten Stroms innerhalb der Wicklungen 110 gesteuert werden, um die Brennstoffeinspritzung zu beeinflussen.
-
Die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 64 kann auch mit einem Einsatz 122 versehen sein, der gleichzeitig als eine Druckverringerungsvorrichtung für den Ankerhohlraum 115 wirkt, weiter mit einem Halter für die Feder 116 und mit einer Führung für den Anker 112. Wie in 3 gezeigt, kann der Einsatz 122 im Allgemeinen eine Oberseite 124 aufweisen, die zum Anker 112 hin orientiert ist, wenn er eingebaut ist, und eine Unterseite 126, die entgegengesetzt zur Oberseite 124 gelegen ist. Der Einsatz 122 kann auch einen Vorsprung 128 aufweisen, der sich weg von der Unterseite 126 erstreckt, um mit der Feder 116 in Eingriff zu kommen und dadurch die Feder 116 an einer Position innerhalb der mittigen Bohrung 66 des Körpers 52 zu halten. Eine kleinere mittige Bohrung 130 kann sich von der Oberseite 124 durch den Vorsprung 128 erstrecken und kann konfiguriert sein, um gleitend den Ankerstift 114 aufzunehmen. Ein Luftspaltabstandshalter 131, der an einem Umfang des Ankerhohlraums 115 gelegen ist, kann gegen die Oberseite 124 drücken und dadurch den Einsatz 122 am Platz gegen eine Schulter 133 der mittigen Bohrung 66 halten.
-
Der Einsatz 122 kann zusammen mit der Schulter 133 ein Venturi-Element 132 an der Schnittstelle des Einsatzes 122 und der Schulter 133 bilden. Insbesondere kann der Einsatz 122 Nuten innerhalb der Unterseite 126 aufweisen, welche zusammen mit der Schulter 133 einen Durchlass mit einem Effusorteil bzw. Einflussteil 134, einem Diffusor- bzw. Ausflussteil 136 und einem Halsteil 138 bilden, der zwischen dem Effusorteil 134 und dem Diffusorteil 136 gelegen ist (d. h. die Venturi-Anordnung 132 kann teilweise durch sowohl den Einlass 122 als auch die Schulter 133 geformt werden). Wie in 3 zu sehen, können sowohl der Effusorteil 134 als auch der Diffusorteil 136 nahe dem Halsteil 138 sich allmählich verringernde Höhen haben (beispielsweise kurvenlinienförmig, wie in 3 oder winkelförmig wie in den 4 und 5). In dem offenbarten Ausführungsbeispiel kann der Effusorteil 134 einen größeren Einlassöffnungsquerschnitt haben (d. h. größere Höhe und Breite) und eine kürzere Länge als der Auslassöffnungsquerschnitt und die Auslassöffnungslänge des Diffusorteils 136, wobei diese Beziehung einen größeren Druckabfall am Halsteil 138 zur Folge haben kann. Der Effusortteil 134 kann strömungsmittelmäßig mit dem Niederdruckbrennstoffeinlass 68 verbunden sein, während der Diffusorteil 136 strömungsmittelmäßig mit dem Niederdruckauslass 70 verbunden sein kann. Entsprechend kann der Niederdruckbrennstoff vom Einlass 68 in den Effusorteil 134, durch den Halsteil 138, wo der Brennstofffluss eingeschränkt wird, was bewirkt, dass die Geschwindigkeit des Brennstoffes steigt, in den Diffusorteil 136 und aus der Einspritzvorrichtung 32 über den Niederdruckauslass 70 fließen. Der Einlass 122 kann auch einen axialen Durchlass 140 aufweisen, der sich von der Oberseite 124 des Einlasses 122 zum Halsteil 138 erstreckt. In dieser Konfiguration kann der Brennstofffluss von der Venturi-Vorrichtung 132 einen niedrigen Druck innerhalb des Durchlasses 140 erzeugen, was dahingehend wirkt, dass ein Druck innerhalb des Ankerhohlraums 115 verringert wird.
-
Der Einsatz 122 kann irgendeine Anzahl von Venturi-Vorrichtungen 132 und axialen Durchlässen 140 aufweisen, die um den Vorsprung 128 herum angeordnet sind. Beispielsweise ist der Einsatz 122 der 3 derart gezeigt, dass er zwei unterschiedliche Venturi-Vorrichtungen 132 und zwei unterschiedliche Durchlässe 140 aufweist, wobei jedes Paar aus Venturi-Anordnung 132 und Durchlass 140 auf einer Seite des Vorsprungs 128 gelegen ist. In dieser Konfiguration kann die Venturi-Anordnung 132 eine geringere Gesamtlänge haben als ein Radius des Einlasses 122. Im Ausführungsbeispiel der 4 und 5 sind jedoch nur eine einzige Venturi-Anordnung 132 und ein einziger Durchlass 140 veranschaulicht. In dieser Konfiguration kann die Venturi-Anordnung 132 eine größere Gesamtlänge haben als ein Radius des Einlasses 122. Wegen der Länge der Venturi-Anordnung 132 im Ausführungsbeispiel der 4 und 5 kann ein zusätzlicher Durchlass 142 erforderlich sein, um ordnungsgemäß den Diffusorteil 136 mit dem Niederdruckbrennstoffauslass 70 zu verbinden.
-
Industrielle Anwendbarkeit
-
Die Brennstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Offenbarung findet weithin Anwendung in einer Vielzahl von Motorbauarten, was beispielsweise Dieselmotoren, Benzinmotoren und mit verflüssigtem gasförmigen Brennstoff angetriebene Motoren miteinschließt. Die offenbarte Brennstoffeinspritzvorrichtung kann in Verbindung mit jeglichem Motor verwendet werden, wo eine konsistente Leistung wichtig ist. Der Betrieb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 wird nun erklärt.
-
Während des normalen Betriebs des Motors 10 können Hochdruckbrennstoff und Niederdruckbrennstoff zu jeder Einspritzvorrichtung 32 durch die Brennstoffpumpanordnung 30 (siehe 1) geliefert werden. Insbesondere kann Hochdruckbrennstoff durch die Hochdruckquelle 38 zum Hochdruckbrennstoffeinlass 72 (siehe 2) über den Durchlass 42, die Common-Rail 34 und die Brennstoffleitungen 50 geliefert werden. Hochdruckbrennstoff kann in die Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 über den Hochdruckbrennstoffeinlass 72 eintreten und durch die Durchlässe 90, 82 und 92 und in die mittige Bohrung 102 laufen, wo der Brennstoff auf ein Einspritzereignis wartet. Zusätzlich kann der Hochdruckbrennstoff vom Durchlass 90 die Steuerkammer 80 in Vorbereitung eines Einspritzereignisses füllen. Niederdruckbrennstoff kann gleichzeitig als Kühlmittel durch die Niederdruckquelle 36 zum Niederdruckbrennstoffeinlass 68 über die Brennstoffleitung 41 geliefert werden. Der Niederdruckbrennstoff kann in die Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 über den Niederdruckbrennstoffeinlass 68 eintreten, durch die Venturi-Anordnung 132 und das Ende der mittigen Bohrung 66 nahe der Feder 116 laufen und aus der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 über den Niederdruckauslass 70 austreten.
-
Die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 64 kann erregt werden, um Einspritzungen von Brennstoff in die Brennkammern 22 (siehe 1) einzuleiten. Insbesondere können, wenn ein elektrischer Strom an die Wicklungen 110 angelegt wird, der Anker 112 und der Ankerstift 114 nach oben weg von der Düse 60 bewegt werden. Wenn der Ankerstift 114 sich nach oben bewegt, kann die Steuerkammer 80 strömungsmittelmäßig mit dem Niederdruckauslass 70 verbunden werden, wodurch bewirkt wird, dass sich die Steuerkammer 80 leert. Zu diesem Zeitpunkt kann das Hochdruckströmungsmittel, welches auf die hydraulische Oberfläche 108 wirkt, die Vorspannung der Feder 94 überwinden, wodurch verursacht wird, dass sich das Nadelelement 62 nach oben weg von den Zumessöffnungen 104 bewegt, und das Einspritzereignis einleitet.
-
Um das Einspritzereignis zu beenden, kann die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 64 entregt bzw. ausgeschaltet werden, um zu gestatten, dass die Feder 116 den Anker 112 und den Ankerstift 114 zurück nach unten stellt, bis der untere Sitz 118 in Eingriff mit dem Ankerstift 114 kommt und das Ablaufen aus der Steuerkammer 80 gestoppt wird. Zu diesem Zeitpunkt kann sich der Druck innerhalb der Steuerkammer 80 aufbauen, bis der Druck, der auf der hydraulischen Oberfläche 106 wirkt, zusammen mit der Vorspannung der Feder 94 ausreicht, um das Nadelelement 62 in die Flussblockierungsposition gegen die Zumessöffnungen 104 zurückzustellen.
-
Während der Bewegung des Ankers 112 können Druckfluktuationen innerhalb des Hohlraums 115 erzeugt werden, welche bewirken, dass der Anker 112 in unerwünschter Weise oszilliert (d. h. springt). Insbesondere kann, wenn der Anker 112 sich nach unten bewegt, ein Fluss von Hochdruckbrennstoff vom Hohlraum 115 und unter dem Anker 112 um einen Umfang des Ankers 112 zu einem Bereich über dem Anker 112 gedrückt werden, und wenn sich der Anker 112 darauffolgend nach oben bewegt, kann ein Niederdruckbereich unter dem Anker 112 erzeugt werden, der den Hochdruckbrennstoff zurück nach unten zieht. Entsprechend kann der Bereich unter und über dem Anker 112 zyklischen Druckfluktuationen unterworfen sein, und zwar von niedrigem Druck zu hohem Druck zu niedrigem Druck usw. In üblichen Brennstoffeinspritzvorrichtungen enden diese Fluktuationen des Druckes nicht sofort, wenn die Wicklungen 110 plötzlich erregt oder plötzlich entregt werden. Stattdessen nehmen die Druckfluktuationen langsam ab, und während sie abnehmen, können sie fortgesetzte Hin- und Herbewegungen des Ankers 112 bewirken. In einigen Situationen können die fortgesetzten Hin- und Herbewegungen des Ankers 112 ausreichen, um zu bewirken, dass das Nadelelement 62 die Zumessöffnungen 104 öffnet, wenn keine Einspritzungen von Brennstoff erwünscht sind.
-
Bei der Verwendung des Einsatzes 122 jedoch kann der Ankerhohlraum 115 auf einem relativ konsistenten niedrigen Druck gehalten werden, und zwar durch die Wirkung der Venturi-Anordnung 132. Das heißt, der Fluss des Kühlmittels (d. h. des Niederdruckbrennstoffes) durch den Effusorteil 134, den Halsteil 138 und den Diffusorteil 136 kann bewirken, dass sich ein Niederdruck innerhalb des Durchlasses 140 entwickelt, der den Druck innerhalb des Hohlraums 115 nach unten zieht. In einem Ausführungsbeispiel kann der Druck nahezu auf den Dampfdruck des Brennstoffs heruntergezogen werden, wodurch bewirkt wird, dass der Brennstoff kocht und Blasen im Raum zwischen dem Anker 112 und dem Einsatz 122 erzeugt. Diese Blasen können als Stoßdämpfer wirken, um die unerwünschten Druckfluktuationen und/oder oszillierenden Bewegungen des Ankers 112 zu dämpfen.
-
Weil der Einsatz 122 eine Dämpfungsumgebung für den Anker 112 erzeugen kann, kann die Wahrscheinlichkeit, dass sich das Nadelelement 62 ausreichend bewegt, um die Zumessöffnungen 104 frei zu machen, nachdem ein beabsichtigtes Einspritzereignis schon beendet sein sollte, verringert werden. Diese Verringerung kann eine sanftere und effizientere Leistung des Motors 10 zur Folge haben.
-
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der Brennstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann bei einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung der hier offenbarten Brennstoffeinspritzvorrichtung offensichtlich werden. Die Beschreibung und die Beispiele sollen nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
