-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Doppelnadelinjektor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere zur Verwendung mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, z. B. für Kraftfahrzeuge.
-
Im Stand der Technik sind gattungsgemäße Einspritzeinrichtungen mit Doppelnadeldüse bzw. Doppelnadelinjektoren z. B. aus der Druckschrift
AT 006 655 U1 oder der Druckschrift
DE 41 15 478 C2 bekannt. Solche Doppelnadelinjektoren mit nebeneinander axial verschieblich geführten Düsennadeln, werden z. B. für Dieselmotoren verwendet, um neben Volllast- auch Teillastbetriebsarten realisieren zu können. Daneben kann z. B. ein Einsatz des Injektors derart vorgesehen sein, dass eine Düse für einen Zündstrahlbetrieb mit z. B. Gas bereitgestellt ist, während die weitere Düse oder Haupteinspritzdüse für den reinen Diesel- oder Schwerölbetrieb bereitgestellt wird.
-
Gerade für Mittelschnell- und Langsamläufer, deren Brennverfahren im Gegensatz zu höher drehenden Motoren oftmals einen flachen Einspritzratenverlauf an der steigenden Flanke verlangen, wird es angestrebt, dass der Einspritzratenverlauf mit einem kurzen steilen Anfangsteil mit hohem Strahlimpuls für eine rasche Entflammung startet. Eine derartige Einspritzratenformung ist mit Doppelnadelinjektoren mit fester Auslegung des Hydrauliksystems und einem Aktuator pro Düse in nachteiliger Weise jedoch nicht druckunabhängig möglich.
-
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Doppelnadelinjektor bereitzustellen, welcher die Nachteile des Standes der Technik überwindet und die beabsichtigte Formung des Einspritzratenverlaufs mit geringem Aufwand ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
-
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Doppelnadelinjektor, insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, wobei der Doppelnadelinjektor ein über einen ersten Aktuator des Injektors betätigbares erstes Pilotventil (Steuerventil) aufweist, über welches ein Entlastungsablauf, welcher mit einem ersten Steuerraum (je de Injektors) kommuniziert, zur Hubsteuerung einer ersten Düsennadel (des Injektors) selektiv öffenbar ist. Ferner weist der Injektor ein über einen zweiten Aktuator des Injektors betätigbares zweites Pilotventil (Steuerventil) auf, über welches ein Entlastungsablauf, welcher mit einem zweiten Steuerraum (je des Injektors) kommuniziert, zur Hubsteuerung einer zweiten Düsennadel (des Injektors) selektiv öffenbar ist. Weiterhin bildet der Injektor mit der ersten Düsennadel ein erstes Düsenventil, über welches ein erster Düsenraum (welcher einer ersten Düse des Injektors zugeordnet ist) am Injektor selektiv druckentlastbar ist, und mit der zweiten Düsennadel ein zweites Düsenventil, über welches ein zweiter Düsenraum (welcher einer zweiten Düse des Injektors zugeordnet ist) am Injektor selektiv druckentlastbar ist, wobei die Düsenräume je über einen Hochdruck-Zulauf am Injektor anströmbar sind. Gekennzeichnet ist der Doppelnadelinjektor dadurch, dass der Injektor weiterhin ein drittes Pilotventil (Steuerventil) aufweist, über welches ein weiterer bzw. dritter Entlastungsablauf, welcher mit dem zweiten Steuerraum oder dem Düsenraum des zweiten Düsenventils kommuniziert, selektiv öffenbar ist, wobei das dritte Pilotventil über den ersten Aktuator insbesondere mitbetätigbar ist. Bevorzugt ist das erste Pilotventil ein 2/2- oder 3/2-Wegeventil, das zweite Pilotventil z. B. ein konventionelles Pilotventil und das dritte Pilotventil bevorzugt ein 2/2-Wegeventil.
-
Der derart ausgestaltete Doppelnadelinjektor lässt sich baulich mit vorteilhaft geringem Materialeinsatz realisieren, insbesondere dadurch, dass der erste Aktuator, i. e. des ersten Düsenventils, im Rahmen der Erfindung quasi sekundär als Aktuator für das zweite Düsenventil verwendet wird bzw. werden kann. Somit wird es ermöglicht, mit zwei Aktuatoren drei Schaltoperationen für eine Druckentlastung zu implementieren bzw. einzusteuern. Mit dem vorgeschlagenen Injektor kann für eine (Haupt-)Einspritzdüse, vorliegend insbesondere eine Düse, welche über das zweite Düsenventil durchströmbar ist, eine Formung der Einspritzrate so erfolgen, dass sowohl die auf- als auch die absteigende Einspritzratenverlaufsflanke in zwei Abschnitte unterschiedlicher Steigungen unterteilt werden kann.
-
Neben dem Injektor wird auch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Doppelnadelinjektor vorgeschlagen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung kann eine erste Hochdruck-Kraftstoffversorgungseinrichtung, z. B. gebildet mit einem Vorratsbehälter, einer Vorförder- und/oder einer Hochdruckpumpe, einem Rail, z. B. auch in Kombination mit einem Einzeldruckspeicher, für die Kraftstoffversorgung des Doppelnadelinjektors vorsehen, z. B. zur Zufuhr von Kraftstoff in Form von Diesel oder Schweröl, insbesondere an die erste und/oder zweite Düse. Weiterhin kann die Kraftstoffeinspritzeinrichtung eine zweite Hochdruck-Kraftstoffversorgungseinrichtung für die Kraftstoffversorgung des Doppelnadelinjektors vorsehen, welche insbesondere gleichartig zur ersten aufgebaut sein kann, z. B. zur Zufuhr von Kraftstoff in Form von Gas, insbesondere an die erste Düse (Zündstrahlbetrieb). Daneben kann im Rahmen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung ein Steuergerät zur elektrischen Ansteuerung des Injektors, z. B. wenigstens ein Leckagesammelbehälter sowie weitere Komponenten, z. B. Kraftstofffilter, Drucksensor, etc. vorgesehen sein.
-
Bevorzugt ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ausgebildet, insbesondere z. B. durch ein entsprechend programmiertes Steuergerät bzw. geeignete Software, Steuerströme für den ersten Aktuator bereitzustellen, welche eine definierte Schaltreihenfolge des ersten und dritten Pilotventils, i. e. insbesondere bei Mitbetätigung des dritten Pilotventils, i. e. im Rahmen von Einspritzvorgängen, ermöglichen.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
-
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 exemplarisch und schematisch einen Doppelnadelinjektor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
-
1a exemplarisch und schematisch einen beabsichtigten, mit dem erfindungsgemäßen Injektor erzielbaren Einspritzratenverlauf;
-
2 exemplarisch und schematisch einen Doppelnadelinjektor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
-
2a und 2b exemplarisch und schematisch Einspritzratenverläufe, welche gemäß der Erfindung erzielbar sind;
-
3 exemplarisch und schematisch einen Doppelnadelinjektor gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
-
4a und 4b exemplarisch und schematisch Strom-/Hubverläufe bei einer beispielhaften Ansteuerung des ersten Aktuators; und
-
5a und 5b exemplarisch und schematisch Strom-/Hubverläufe bei einer beispielhaften Ansteuerung des ersten und zweiten Aktuators.
-
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
-
Die 1, 2 und 3 zeigen je einen Doppelnadelinjektor 1, insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Der Doppelnadelinjektor 1 ist zur Verwendung mit Kraftstoff vorgesehen, insbesondere für einen Betrieb mit Dieselkraftstoff oder Schweröl, daneben auch zur Verwendung mit Gas, insbesondere im Zündstrahlverfahren.
-
Der Injektor 1 umfasst ein Gehäuse 10 (in den 1, 2 und 3) nur angedeutet), welches zur Aufnahme/Anordnung der Injektorkomponenenten bereitgestellt ist. Das Gehäuse 10 kann ein- oder mehrteilig gebildet sein. Bevorzugt ist das Gehäuse 10 mit einem Düsenkörper und einer Zwischenplatte, insbesondere zur Aufnahme und Ausbildung der wie nachfolgend beschriebenen (Ventil-)Baugruppen, gebildet.
-
Der Doppelnadelinjektor 1 weist ein erstes Düsenventil 20 auf, welches mit einer ersten (axial verschieblichen) Düsennadel 22 des Injektors 1 gebildet ist. Über das erste Düsenventil 20 kann ein Strömungsweg aus einem ersten Düsenraum 24 zu einer ersten Düse(nanordnung) 26 je des Injektors selektiv freigegeben werden, d. h. bei Abheben der Düsennadel 22 von einem Düsennadelsitz 28 am Injektor 1. Der erste Düsenraum 24 ist bevorzugt als Ringraum (um das düsennahe Ende der Düsennadel 22) gebildet und kann insbesondere über einen kommunizierenden Hochdruck(HD)-Zulauf 30 mit hochdruckbeaufschlagtem Kraftstoff versorgt werden. Anstelle des in den 1, 2 und 3 gezeigten Zulaufs, welcher auch als Zulauf für den weiteren Düsenraum 44 des Injektors 1 bereitgestellt ist, kann selbstverständlich auch ein separater Hochdruck-Zulauf 30 vorgesehen sein, i. e. zur Verbindung mit einer Kraftstoffversorgungseinrichtung einer Einspritzeinrichtung.
-
Der Doppelnadelinjektor 1 weist weiterhin ein zweites Düsenventil 40 auf, welches mit einer zweiten (axial verschieblichen) Düsennadel 42 des Injektors 1 gebildet ist. Über das zweite Düsenventil 40 kann ein Strömungsweg aus einem zweiten Düsenraum 44 zu einer zweiten Düse(nanordnung) 46 je des Injektors selektiv freigegeben werden, d. h. bei Abheben der zweiten Düsennadel 42 von einem weiteren Düsennadelsitz 48 am Injektor 1. Die zweite Düse 46 ist hierbei als Haupteinspritzdüse, z. B. für den reinen Diesel- und Schwerölbetrieb, vorgesehen, während die erste Düse 26 bevorzugt z. B. für einen Zündstrahlbetrieb mit Gas bereitgestellt ist. Die erste Düse 26 kann insbesondere etwa 1/10 des Durchflusswerts der zweiten Düse 46 aufweisen. Der zweite Düsenraum 44 ist wiederum bevorzugt als Ringraum um das düsennahe Nadelende der zweiten Düsennadel 42 gebildet und kann wie vor über den kommunizierenden Hochdruck(HD)-Zulauf 30 mit hochdruckbeaufschlagtem Kraftstoff versorgt werden, welcher alternativ auch als separater Zulauf gebildet sein kann.
-
Um die jeweiligen Düsennadelventile 20, 40 selektiv offensteuern zu können, weist der Injektor 1 einen ersten Steuerraum 50 auf, welcher mit der ersten Düsennadel 22 zusammenwirkt und einen zweiten Steuerraum 70, welcher mit der zweiten Düsennadel 42 zusammenwirkt. Die erste Düsennadel 22 ist mit ihrem düsenfernen Ende hierbei im ersten Steuerraum 50 aufgenommen und mit einer ersten Düsenfeder 52 in Ventilschließrichtung –A gedrängt, die zweite – gegenüber der ersten querschnittsgrößere – Düsennadel 42 ist mit ihrem düsenfernen Ende im zweiten Steuerraum 70 aufgenommen und mit einer zweiten Düsenfeder 72 in Ventilschließrichtung –A gedrängt.
-
In den jeweiligen Steuerraum 50 bzw. 70 mündet je ein Hochdruck-Zulauf 54 bzw. 74 des Injektors, wobei im Strömungsweg zum jeweiligen Steuerraum 50, 70 je eine Zulaufdrossel 56 bzw. 76 angeordnet ist. Weiterhin weist der Injektor 1 einen ersten Ablauf 58 bzw. Entlastungsablauf in Kommunikation mit dem ersten Steuerraum 50 auf. Der erste Entlastungsablauf 58 ist über eine Ablaufdrossel 60 geführt und kann über ein erstes Pilotventil 90 des Injektors 1 selektiv geöffnet werden, d. h. hin zur Niederdruck(ND)-Seite (Leckage). Über ein Öffnen des Ablaufs 58 kann insoweit ein (Kraftstoff)Druck im ersten Steuerraum 50 abgesenkt werden.
-
In gleicher Weise weist der Injektor 1 ferner einen zweiten Ablauf 78 bzw. Entlastungsablauf in Kommunikation mit dem zweiten Steuerraum 70 auf. Der zweite Ablauf 78 ist über eine zweite Ablaufdrossel 80 geführt und kann über ein zweites Pilotventil 100 des Injektors 1 selektiv geöffnet werden, d. h. hin zur ND-Seite. Über ein Öffnen des zweiten Ablaufs 78 kann insoweit ein (Kraftstoff)Druck im zweiten Steuerraum 70 reduziert werden.
-
Um den ersten Ablauf 58 selektiv öffnen zu können, weist der Doppelnadelinjektor 1 wie vorstehend bereits erwähnt ein erstes Pilotventil (Steuerventil) 90 auf, welches über einen ersten Aktuator 110 des Injektors 1, welcher bevorzugt in Form eines Magnetaktuators 110 bereitgestellt ist, betätigbar ist. Das erste Pilotventil 90 ist mittels eines Ventilelements 92 bzw. Ventilglieds gebildet, welches mit einem Ventilsitz 94 des Pilotventils 90 zusammenwirkt, d. h. über einen Verschlusskopf 96 des Ventilelements 92. Der Ventilsitz 94 kann bevorzugt in bzw. an einer Ventilplatte oder Zwischenplatte des Injektors 1 oder allgemein im Gehäuse 10 des Injektors 1 gebildet sein, i. e. wie auch das Pilotventil 90. Bei Abheben des Verschlusskopfs 96 vom Sitz 94 (in Richtung +A), i. e. bei Öffnen des Pilotventils 90, wird ein durchströmbarer Ventilquerschnitt freigegeben, über welchen der erste Entlastungsablauf-Strömungsweg 58 geführt ist, d. h. der erste Entlastungsablauf 58 öffnet (hin zur Niederdruckseite).
-
Für die Betätigung des Pilotventils 90 ist das Ventilelement 92 mit einem Anker 112 bzw. einer Ankerplatte versehen, welche bei einer Bestromung des ersten Aktuators 110, i. e. dessen Magnetpakets 114, magnetisch angezogen werden kann. Hierbei kann die Schließkraft einer Gegendruckfeder 116 des Aktuators 110, welche in Ventilschließrichtung –A auf das Ventilelement 92 wirkt, überwunden werden und das erste Pilotventil 90 öffnen.
-
Um den zweiten Ablauf 78 selektiv öffnen zu können, weist der Doppelnadelinjektor 1 weiterhin – wie bereits oben erwähnt – ein zweites Pilotventil (Steuerventil) 100 auf, welches über einen zweiten Aktuator 130 des Injektors 1, welcher ebenfalls bevorzugt in Form eines Magnetaktuators bereitgestellt ist, betätigbar ist. Wie das erste Pilotventil 90 ist auch das zweite Pilotventil 100 mittels eines Ventilelements 102 bzw. Ventilglieds gebildet, welches mit einem Ventilsitz 104 zusammenwirkt, d. h. über einen Verschlusskopf 106 des Ventilelements 102. Der Ventilsitz 104 kann wiederum in bzw. an einer Ventilplatte oder Zwischenplatte des Injektors 1 oder allgemein im Gehäuse 10 des Injektors gebildet sein, i. e. wie auch das zweite Pilotventil 100. Bei Abheben des Verschlusskopfs 106 vom Sitz 104 (in Richtung +A), i. e. bei Öffnen des zweiten Pilotventils 100, wird ein durchströmbarer Ventilquerschnitt freigegeben, über welchen der zweite Entlastungsablauf-Strömungsweg 78 geführt ist, d. h. der zweite Entlastungsablauf 58 öffnet (hin zur Niederdruckseite).
-
Wie vor bei dem ersten Ventilelement 92 ist auch das zweite Ventilelement 102 mit einem Anker 132 bzw. einer Ankerplatte versehen, welche bei einer Bestromung des zweiten Aktuators 130, i. e. dessen Magnetpakets 134, magnetisch angezogen werden kann. Hierbei kann die Schließkraft einer Gegendruckfeder 136 des Aktuators 130, welche in Ventilschließrichtung –A auf das Ventilelement 92 wirkt, wiederum überwunden werden und das erste Pilotventil 100 öffnen.
-
Der wie vorstehend ausgeführt gebildete Doppelnadelinjektor 1 sieht die Hubsteuerung der Düsennadeln 22, 42 über den ersten 50 und zweiten 70 Injektor-Steuerraum vor (indirekte Nadelhubsteuerung). Um ein Düsenventil 20, 40 bei Betrieb des Injektors 1 zu öffnen, insbesondere für einen Einspritzvorgang, wird zunächst das zugehörige Pilotventil 90 bzw. 100 geöffnet, i. e. derart, dass der Anker 112 bzw. 132 mit dem Ventilelement 92 bzw. 102 hin zu dem Magnetpaket 114 bzw. 134 gezogen und der Entlastungsablauf 58 bzw. 78 aus dem jeweiligen Steuerraum 50 bzw. 70 somit geöffnet wird. Aufgrund der mit dem Kraftstoffabfluss einsetzenden Druckentlastung des jeweiligen Steuerraums 50 bzw. 70 wird ein Kräftegleichgewicht an der Düsennadel 22 bzw. 42 aufgelöst und die Düsennadel 22 bzw. 42 hebt nach Überwindung der Schließkraft vom Sitz 28 bzw. 48 ab (in Richtung +A), i. e. das jeweilige Düsenventil 20 bzw. 40 öffnet. Bei einem nachfolgenden Sperren des Entlastungsablaufs 58 bzw. 78 über das zugehörige Pilotventil 90 bzw. 100, i. e. bei geschlossenem Pilotventil 90 bzw. 100, steigt der Druck im Steuerraum 50 bzw. 70 über den Hochdruck-Zulauf 54 bzw. 74 wieder und die Düsennadel 22 bzw. 42 wird in den Sitz 28 bzw. 48 zurückverschoben.
-
Wie anhand der 1, 2 und 3 veranschaulicht ist, ist der erfindungsgemäße Injektor 1 weiterhin derart ausgebildet, dass vorteilhaft ein weiterer (dritter) Ablauf 140 bzw. Entlastungsablauf zur Druckentlastung an der zweiten Düsennadel 42 zugeschaltet bzw. selektiv geöffnet werden kann. Hierzu weist der Injektor 1 ein drittes Pilotventil 150 auf, über welches der weitere Entlastungsablauf 140, welcher mit dem zweiten Steuerraum 70 kommuniziert, z. B. 1, und 3, oder dem Düsenraum 44 des zweiten Düsenventils 40, z. B. 2, selektiv öffenbar ist, i. e. hin zur Niederdruckseite ND (Leckage). Durch die erfindungsgemäße weitere Entlastungsmöglichkeit kann der eingangs erwähnte vorteilhafte Einspritzratenverlauf, s. a. 1a, im Rahmen von Einspritzvorgängen wie beabsichtigt dargestellt werden, insbesondere die Steilheit ansteigender und abfallender Flanken im Einspritzratenverlauf variiert werden.
-
Der erfindungsgemäße Doppelnadelinjektor 1 ist weiterhin besonders vorteilhaft derart ausgestaltet, dass das dritte bzw. Zusatz-Pilotventil (Steuerventil) 150 über den ersten Aktuator 110 mitbetätigbar ist. Hierdurch fällt insbesondere der bauliche und materielle und insoweit der finanzielle Aufwand zur Herstellung des Injektors 1 vorteilhaft gering aus.
-
Der erfindungsgemäße Injektor 1 gemäß z. B. der Ausgestaltung nach den 1, und 3 weist zur Bereitstellung des selektiv öffenbaren weiteren Entlastungsablaufs 140 einen dritten Steuerraum 142 auf, welcher mit dem zweiten Steuerraum 70 über eine Ablaufleitung 144 bzw. einen ersten Ablaufabschnitt, insbesondere mit einer Ablaufdrossel 146, kommuniziert. Aus dem dritten Steuerraum 142 mündet weiterhin eine Ablaufleitung 148 bzw. ein zweiter Ablaufabschnitt aus, deren bzw. dessen Mündung von einem Ventilglied 152 des dritten Pilotventils 150 selektiv öffenbar ist. Diese Ablaufleitung 148 kommuniziert andernends mit der Niederdruckseite ND (Leckage), z. B. kann die Ablaufleitung 148 im Rahmen der Verwendung des Injektors 1 mit einer Einspritzeinrichtung in einen Leckagesammelbehälter führen.
-
Der erfindungsgemäße Injektor 1 gemäß z. B. der Ausgestaltung nach 2 weist zur Bildung eines selektiv öffenbaren weiteren Entlastungsablaufs 140 ebenfalls einen dritten Steuerraum 142 auf, welcher im Unterschied zu dem Injektor 1 nach 1 und 3 jedoch mit dem Düsenraum 44 der zweiten Düse 46 (Haupteinspritzdüse) bzw. dem Düsenraum 44 am zweiten Düsenventil 40 kommuniziert. Die Ablaufleitung 144 bzw. ein erster Ablaufabschnitt in Kommunikation mit dem zweiten Düsenraum 44 zweigt hier z. B. von der HD-Versorgungsleitung 30 zum Düsenraum 44 ab, alternativ z. B. unmittelbar aus dem Düsenraum 44, wobei im Strömungsweg zum dritten Steuerraum 142 wiederum eine Ablaufdrossel 146 im Ablauf 140 vorgesehen ist. Eine weitere Drossel 147, i. e. Zulaufdrossel, ist daneben stromaufwärts der Abzweigung in der HD-Versorgungsleitung 30 zum zweiten Düsenraum 44 vorgesehen.
-
Aus dem dritten Steuerraum 142 mündet wie vor für den Injektor 1 gemäß 1, und 3 weiterhin ein zweiter Ablaufabschnitt bzw. eine Ablaufleitung 148 aus, deren Mündung von dem Ventilglied 152 des dritten Pilotventils 150 selektiv öffenbar ist. Diese Ablaufleitung 148 kommuniziert andernends wieder mit der Niederdruckseite ND.
-
Der derart ausgebildete Injektor 1 nach 2 ermöglicht eine Druckabsenkung vor dem Nadelsitz 48 und damit auch das Senken der Einspritzrate (Modulationsmöglichkeit), i. e. sowohl während des Öffnens und Schließens des Düsenventils 40 als auch während einer Einspritzung, bei welcher sich die Düsennadel 42 in Vollhubstellung befindet.
-
Das dritte Pilotventil 150, welches zum Verschluss des weiteren Ablaufs 140 bereitgestellt ist, s. a. 1, 2 und 3, umfasst, wie bereits erwähnt, ein Ventilelement 152 bzw. Ventilglied sowie einen korrespondierenden Ventilsitz 154. Der Ventilsitz 154 kann bevorzugt um die Ausmündung der Ablaufleitung 148 aus dem dritten Steuerraum 142 herum gebildet sein, insbesondere als Flachsitz oder auch Kegelsitz, das Ventilelement 152, welches (axial verschieblich) in den dritten Steuerraum 142 geführt ist, kann bevorzugt einen korrespondierenden Verschlusskopf 156 aufweisen, insbesondere einen Flachkopf oder Kegelkopf. Im Rahmen einer Axialverschiebung des Ventilglieds 152 (in Richtung –A) weg vom Ventilsitz 154 öffnet das Ventil 150, i. e. ein durchströmbarer Querschnitt (die Mündung des zweiten Ablaufabschnitts 148) wird freigegeben, bei Rückverschiebung gesperrt. Alternativ sind selbstverständlich andere Ventilbauformen möglich, z. B. unter Verwendung sphärischer Varianten etc.
-
Zur Betätigung des Zusatzpilotventils 150 ist das Ventilglied 152 wiederum mit einem Anker 160 bzw. einer Ankerplatte versehen, insbesondere an dem dem Verschlusskopf 156 entgegen gesetzten Ende. Bei Bestromung des ersten Aktuators 110 bzw. dessen Magnetpakets 114 kann auch der weitere Anker 160 magnetisch angezogen werden, d. h. das dritte Pilotventil 150 mitbetätigt werden. Wird der Anker 160 in Richtung Magnetpaket 114 gezogen, öffnet das dritte Pilotventil 150, i. e. über den nunmehr zur Niederdruckseite ND geöffneten weiteren Ablauf 140 kann der zweite Steuerraum 70, z. B. 1, und 3 oder der Ringraum 44, z. B. 2, entlastet werden.
-
Ersichtlich, z. B. 1, und 3, sind die erste 112 und die dritte 160 Ankerplatte und insoweit die jeweiligen Ventilglieder 92 bzw. 152 bei einer jeweiligen Öffnung gegenläufig bewegbar und bevorzugt auf einer gemeinsamen Achse axial geführt. Allgemein ist vorgesehen, für die Führung der Ventilglieder 92, 102, 152 am Injektor 1 Axialbohrungen bereitzustellen, woneben z. B. auch die Ablaufabschnitte, z. B. 144, 148, und Steuerräume 50, 70 und 142 als Bohrungen ausgeführt sein können.
-
Der erste Magnetaktuator 110 des Injektors 1 gemäß 1 und 2 weist für den weiteren Anker 160 eine weitere Gegendruckfeder 162 auf, welche gegen denselben in Schließrichtung +A des dritten Pilotventils 150 wirkt. Die weitere Gegendruckfeder 162 ist bevorzugt schwächer ausgelegt als die erste Gegendruckfeder 116. Derart kann über die Stromhöhe, z. B. 4a bis 5b, eines Steuerstroms I (für die Bestromung des Magneten 114) z. B. auf vorteilhaft einfache Weise eine Öffnungsreihenfolge des ersten 90 und dritten 150 Pilotventils eingestellt werden, indem die unterschiedlichen Federkräfte mit steigender Stromhöhe I nacheinander überwunden werden, z. B. 4a und 5a. Die Gegendruckfedern 162, 116 sind bevorzugt an einem Stegelement 164 am Magnetpaket 114 bzw. am ersten Aktuator 110 abgestützt.
-
4a und 4b veranschaulichen beispielhaft eine Schaltreihenfolge am ersten Aktuator 110 mittels eines Steuerstroms I. Über der Zeit t sind im oberen Diagramm die Stromhöhe I und im unteren der Pilotventilhub in % angetragen. Z. B. arbeitet hierbei nur die kleine Düse 26 (z. B. Zündstrahl-/Gasbetrieb).
-
Bei Anlegen eines Stroms I größer der Schwelle I3 (Haltestrom für den Anker 160) und kleiner I1 (Haltestrom für den Anker 112) öffnet zunächst das dritte Pilotventil 150, das mit der schwächeren Feder 162 schließdruckbeaufschlagt ist. Erst im Zuge einer Anhebung des Stroms I über die vorbestimmte Schwelle I1 hinweg öffnet auch das erste Pilotventil 90. Endet die Bestromung können beide Pilotventile 90, 150 selbsttätig mittels der Federn 116 bzw. 162 schließen.
-
Demgegenüber macht der Injektor 1 gemäß der 3 anstelle der unterschiedlich steifen bzw. vorgespannten zwei Federn 116, 162, von einer einzigen Feder bzw. Gegendruckfeder 116 Gebrauch, welche sowohl als Gegendruckelement für den ersten 112 als auch den weiteren bzw. dritten 160 Anker bereitgestellt ist. Bei dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, die Schaltreihenfolge bei steigender Steuerstromhöhe I über einen Anfangsluftspalt je der Ankerplatte 112, 160 (und über das Verhältnis der hydraulischen Kräfte an den Ventilsitzen) einzustellen.
-
Vorgesehen ist insbesondere, dass der Anker 160 für das dritte Pilotventil 150 einen geringeren Luftspalt zu überwinden hat als der Anker 112 für das erste Pilotventil 90. Derart kann dieser bei Anlegen des Stroms kleiner I1 zuerst anziehen. Der kleiner gewordene Spalt begünstigt das Magnetfeld, wobei sicherzustellen ist, dass erst in Verbindung mit dem höheren Strom größer I3 ausreichend Kraft generiert wird, um auch die erste Ankerplatte 160 anzuziehen. Der Luftspalt an der ersten Ankerplatte 112 ist insoweit so bemessen, dass ausgehend vom Haltestrom I1 ein ausreichender Abstand zur Ansteuerspitze des Stroms I3 gewahrt ist.
-
Nachfolgend wird noch beispielhaft auf mögliche Ventilbetriebsstrategien eingegangen, welche mit dem erfindungsgemäßen Injektor 1 darstellbar sind.
-
Doppelnadelinjektor gemäß der Ausgestaltung nach Fig. 1 und Fig. 3:
-
Ausschließlicher Zündstrahl-/Gasbetrieb
-
Es arbeitet nur die kleine bzw. erste Düse 26, d. h. über den ersten Aktuator 110.
-
Ausschließlicher Diesel-/Schwerölbetrieb
-
- 1. Haupteinspritzung (HE) ohne Ratenformung: ausschließliche Betätigung des zweiten Pilotventils 100.
- 2. Für eine geformte Einspritzung nach 1a werden zunächst das zweite 100 und dritte 150 Pilotventil gleichzeitig geöffnet, was zur Ausbildung von Abschnitt 1 im Einspritzratenverlauf führt. Zur Darstellung von Abschnitt 2 wird das dritte Pilotventil 150 wieder geschlossen. Der Schließvorgang (Abschnitt 4 in 1a) kann durch Öffnen und Schließen des weiteren Entlastungsabflusses 140 ebenfalls beeinflusst werden. Wahlweise von langsam nach schnell oder umgekehrt (beides hier nicht dargestellt).
- 3. Auch ein Betrieb mit ein oder mehreren Voreinspritzungen (VE) und Nacheinspritzungen (NE) ist möglich. Beide Einspritzereignisse können mit der Nadel 42 analog dem Verfahren für eine (verkürzte) Haupteinspritzung (HE) nach Punkt 1 oder 2 vorgenommen werden. Die Voreinspritzung VE kann vorzugsweise mit der kleinen Düse 26 vorgenommen werden (s. 5a, 5b, links der durchgängigen, gestrichelten Linie; IA1 entspricht Abschaltstrom für Pilotventil 90), woraus neben dem höheren Strahlimpuls der Vorteil resultiert (geringere Sitzdrosselverluste in kleiner Düse 26), dass das dritte Pilotventil 150 für die nachfolgende HE geöffnet bleiben kann (s. überlappender Abschnitt B in 5b (bewirkt Formung von Abschnitt 1 in 1a)). Hierdurch ist der dritte Steuerraum 142 bereits entspannt und die Verzögerung zum Öffnen der zweiten Düsennadel 42 nach Betätigung des zweiten Aktuators 130 bzw. Magneten wird geringer, so dass ein geringerer Abstand der VE zur HE ermöglicht ist (insbesondere bei mehrfacher VE interessant).
-
Doppelnadelinjektor gemäß der Ausgestaltung nach Fig. 2:
-
Ausschließlicher Zündstrahl-/Gasbetrieb
-
Wie vor für die weitere Ausgestaltung des Injektors 1.
-
Ausschließlicher Diesel-/Schwerölbetrieb
-
- 1. Haupteinspritzung (HE) ohne Ratenformung: mit ausschließlicher Betätigung des zweiten Pilotventils 100.
- 2. Für die geformte Einspritzung nach 1a wird zunächst das zweite Pilotventil 100 geöffnet. Kurz vor dem Ende des Einspritzratenabschnittes 1 wird das dritte Pilotventil 150 geöffnet, so dass der Ablauf 140 von dem Ringraum 44 der großen Düse 46 zur Leckage geöffnet bzw. zur Niederdruckseite freigeschaltet wird. Der Druck im Düsen- bzw. Ringraum 44 sinkt ab und die Einspritzrate ER wird geringer. Hierbei sei angemerkt, dass die Druckabsenkung im Düsenraum 44 unabhängig vom Nadelhub Einfluss auf die Einspritzrate ausübt. Das bedeutet, dass sich z. B. bei einem sehr schnell öffnenden und den Druck im Ringraum 44 absenkenden dritten Pilotventil 150 kurzzeitig ein Einbruch in der ER-Steigung ergeben kann, wie in 2a (Abschnitt 2a) gezeigt. Da die Düsennadel 42 weiter steigt und den Strömungsquerschnitt damit weiter erhöht, wird dieser Einbruch wieder kompensiert. Der Abschnitt 2a kann je nach Auslegung der Drossel 147 und der Ablaufdrossel 146 in seiner zeitlichen Länge und der Steigung beeinflusst werden. 2b zeigt den ER-Verlauf bei Druckabsenkung im Ringraum 44 bei Vollhub der Düsennadel 42 mit einer beliebig einbringbaren Stufe 3 im Ratenverlauf. Diese Stufe kann ebenso zu Beginn oder am Ende des konstanten ER-Verlaufs 2b eingebracht werden.
-
Bevorzugt ist das erste Pilotventil 90 ein 2/2- oder ein 3/2-Wegeventil, das dritte Pilotventil bevorzugt ein 2/2-Wegeventil. Die erste 22 und die zweite Düsennadel 42 sind bevorzugt nebeneinander im Injektor 1 angeordnet, z. B. 1, 2 und 3, insbesondere je in derselben Richtung A axial verschieblich geführt (an parallelen Achsen).
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Doppelnadelinjektor
- 10
- Gehäuse
- 20
- erstes Düsenventil
- 22
- erste Düsennadel
- 24
- erster Düsenraum
- 26
- erste Düse
- 28
- erster Düsenventilsitz
- 30
- HD-Zulauf
- 40
- zweites Düsenventil
- 42
- zweite Düsennadel
- 44
- zweiter Düsenraum
- 46
- zweite Düse
- 48
- 2. Düsennadelsitz
- 50
- erster Steuerraum
- 52
- erste Düsenfeder
- 54
- HD-Zulauf
- 56
- Zulaufdrossel
- 58
- erster Ablauf
- 60
- Ablaufdrossel
- 70
- zweiter Steuerraum
- 72
- zweite Düsenfeder
- 74
- HD-Zulauf
- 76
- Zulaufdrossel
- 78
- zweiter Ablauf
- 80
- Ablaufdrossel
- 90
- erstes Pilotventil
- 92
- Ventilglied 90
- 94
- Ventilsitz 90
- 96
- Verschlusskopf 90
- 100
- zweites Pilotventil
- 102
- Ventilglied 100
- 104
- Ventilsitz 100
- 106
- Verschlusskopf
- 110
- erster Aktuator
- 112
- Anker 110
- 114
- Magnet 110
- 116
- Feder 110
- 130
- zweiter Aktuator
- 132
- Anker 130
- 134
- Magnet 130
- 136
- Feder 130
- 140
- weiterer Ablauf
- 142
- Ringraum 140
- 144
- Ablaufabschnitt
- 146
- Ablaufdrossel
- 147
- Zulaufdrossel
- 148
- Ablaufabschnitt
- 150
- drittes Pilotventil
- 152
- Ventilglied 150
- 154
- Ventilsitz 150
- 156
- Verschlusskopf
- 160
- dritter Anker
- 162
- Gegendruckfeder
- 164
- Stegelement
-
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
-
- AT 006655 U1 [0002]
- DE 4115478 C2 [0002]
