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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mengenbegrenzungsventilvorrichtung zur Verwendung mit Kraftstoff, insbesondere Diesel und Schweröl, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung ist mit einem Kraftstoffinjektor bzw. einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung verwendbar.
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Injektoren von Dieselmotoren, die wahlweise mit Schweröl betrieben werden können, haben im Schwerölbetrieb bei gleichem Raildruck (wie Diesel) einen geringeren Einspritzdruck an der Düse anliegen. Der Grund hierfür liegt in den Druckverlusten stromabwärts zur Düse, die durch die um ungefähr den Faktor 20 höhere Viskosität des Schweröls verursacht werden. In nicht unerheblichem Maße ist daran das Mengenbegrenzungsventil (MBV) beteiligt, welches für seine Funktion als Sicherheitsstoppventil einen bestimmten Drosselquerschnitt benötigt, der bei maximalem Systemdruck einen Druckverlust von ca. 200 bar ausmachen kann. Ein auf Diesel abgestimmtes MBV verursacht im Schwerölbetrieb insoweit einen deutlich höheren Druckverlust, welcher sich an der Düse bemerkbar macht und zu einer ungünstigeren Gemischaufbereitung beiträgt. Die Folge kann ein Anstieg des Kraftstoffverbrauchs im Vergleich zum Dieselbetrieb von bis zu 5% sein.
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Ein Mengenbegrenzungsventil der vorgenannten Art ist aus der Druckschrift
DE 10 2007 025 050 B3 bekannt, welches einen ersten durchströmbaren Querschnitt selbsttätig freigibt.
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Aus der Druckschrift
DE 60 2005 003 427 T2 ist weiterhin ein aktorgesteuertes Durchflussregelventil für Kraftstoff bekannt, bei dem über durchströmbare Querschnitte viskositätsgesteuert das Ventilglied gedreht wird.
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Noch weiterhin ist aus der Druckschrift
FR 2 897 396 A1 ein aktorgesteuertes Steuerventil für Kraftstoff bekannt, bei dem zwei verschiedene Querschnitte unabhängig gesteuert werden.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Mengenbegrenzungsventilvorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet und im Rahmen eines Betriebs mit Schweröl (neben Diesel) die Druckverluste minimiert.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Mengenbegrenzungsventilvorrichtung zur Verwendung mit Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff und Schweröl, weiterhin insbesondere für einen Kraftstoffinjektor. Die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung ist eingerichtet, druckgesteuert erste durchströmbare Querschnitte selbsttätig freizugeben und daneben druck- und viskositätsgesteuert zusätzliche durchströmbare Querschnitte selbsttätig freizugeben. Durch die erfindungsgemäße Mengenbegrenzungsventilvorrichtung mit Viskositätssteuerung wird vorteilhaft eine selbsttätige Kraftstofferkennung ermöglicht, wobei durch die viskositätsgesteuerte Freigabe eines zusätzlichen Querschnitts bei Verwendung eines relativ hochviskosen Kraftstoffs die von der Mengenbegrenzungsventilvorrichtung ausgehende Drosselwirkung minimiert werden kann.
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Bevorzugt weist die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung ein erstes Ventil auf, welches eingerichtet ist, druckgesteuert erste durchströmbare Querschnitte selbsttätig freizugeben und ein zweites Ventil, über welches in Abhängigkeit der druckgesteuerten Stellung des ersten Ventils und weiterhin viskositätsgesteuert zusätzliche durchströmbare Querschnitte insbesondere selbsttätig freigebbar sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung, insbesondere das zweite Ventil, eingerichtet, über eine mittels anströmenden Kraftstoffs erzeugte Scherkraft, insbesondere über eine Drallströmung erzeugte Scherkraft, viskositätsgesteuert betätigt zu werden, insbesondere mittels der Scherkraft ein Drehmoment an einem Ventilglied des zweiten Ventils zu erzeugen
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Weiterhin bevorzugt ist die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung derart ausgestaltet, dass das zweite Ventil ausgelegt ist, bei Verwendung mit einem Kraftstoff einer ersten, relativ hohen Viskosität zu öffnen und bei Verwendung mit einem Kraftstoff mit einer zweiten, relativ niedrigen Viskosität nicht zu öffnen.
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Die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung kann ein erstes Ventilglied aufweisen, insbesondere des ersten Ventils, welches druckgesteuert durchströmbare Querschnitte freigibt, insbesondere ein Längsschieber-Ventilglied ist.
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Bevorzugt weist die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung ein zweites Ventilglied auf, insbesondere des zweiten Ventils, welches als Drehschieber ausgebildet ist, wobei das zweite Ventilglied insbesondere mit dem ersten Ventilglied zur Freigabe von durchströmbaren Querschnitten zusammenwirkt, insbesondere als Ventilpartner. Das zweite Ventilglied kann insbesondere in dem ersten Ventilglied geführt sein.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das zweite Ventilglied mit einem Rotor verbunden, wobei der Rotor von einem Ringspalt umgeben ist, und wobei die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung eingerichtet ist, im Ringspalt mittels Kraftstoff eine Drallströmung zu erzeugen. Über die Drallströmung kann erfindungsgemäß eine Scherkraft zur viskositätsgesteuerten Betätigung des zweiten Ventils in Abhängigkeit der Viskosität des Kraftstoffs erzeugt werden. Bevorzugt weist der Ringspalt wenigstens einen Einlass zur tangentialen Anströmung mit Kraftstoff auf, wobei die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung bevorzugt auch ausgebildet ist, eine Drallströmung mit einer axialen Richtungskomponente zu erzeugen, i. e. um den Rotor. Durch letztere Maßnahmen können z. B. weitere Kraftstoffströmungswege aus dem Ringspalt heraus angeströmt werden.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung weiterhin bevorzugt derart ausgestaltet, dass wenigstens eine Ringspaltwandung, insbesondere des Rotors, eine strukturierte, insbesondere gerauhte bzw. rauhe Oberfläche für eine Viskositätssteuerung über die Scherkraft aufweist oder um den Rotor eine umlaufende Schraubennut in der weiteren Wand des Ringspalts gebildet ist, insbesondere eine aufsteigend und/oder eine absteigend durchströmbare Schraubennut. Insbesondere bei einer Viskositätssteuerung über eine strukturierte Oberfläche des Rotors kann vorteilhaft eine fächerförmige tangentiale Anströmung vorgesehen sein.
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Die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung ist dazu vorgesehen, an bzw. in einem Kraftstoffinjektor angeordnet zu werden, insbesondere in einem Kraftstoffströmungsweg am Injektor, weiterhin in einem Hochdruck- bzw. Systemdruck-Kraftstoffströmungsweg, wobei die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung an einem Einlassende mit einem Einzeldruckspeicher oder einem Rail verbindbar ist und an einem Auslassende mit einem Kraftstoffpfadabschnitt zu einer Injektordüse.
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Vorgeschlagen wird insoweit auch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Mengenbegrenzungsventilvorrichtung.
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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.
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Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 exemplarisch und schematisch in einer Schnittansicht eine Mengenbegrenzungsventilvorrichtung in einem Injektor gemäß einer ersten möglichen Ausführungsform der Erfindung;
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1a exemplarisch und schematisch eine Ansicht korrespondierend mit dem Schnitt entlang der Linie A-A in 1;
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1b exemplarisch und schematisch eine Ansicht korrespondierend mit dem Schnitt entlang der Linie B-B in 1;
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1c exemplarisch und schematisch eine Ansicht korrespondierend mit dem Schnitt entlang der Linie C-C in 1;
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2 exemplarisch und schematisch in einer Schnittansicht eine Mengenbegrenzungsventilvorrichtung in einem Injektor gemäß einer zweiten möglichen Ausführungsform der Erfindung;
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3 gleich und schematisch in einer Schnittansicht eine Mengenbegrenzungsventilvorrichtung in einem Injektor gemäß einer dritten möglichen Ausführungsform der Erfindung;
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3a exemplarisch und schematisch die Ausgestaltung einer Ringsspaltwandung um den Rotor gemäß 3;
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4 exemplarisch und schematisch in einer Schnittansicht eine Mengenbegrenzungsventilvorrichtung in einem Injektor gemäß einer vierten möglichen Ausführungsform der Erfindung; und
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5 exemplarisch und schematisch ein Diagramm eines Einspritzratenverlaufs, welcher mittels der Mengenbegrenzungsventilvorrichtung erzielbar ist.
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In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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Die 1, 2, 3 und 4 zeigen je eine Mengenbegrenzungsventilvorrichtung 1 (MBV-Vorrichtung 1) in einem Kraftstoffinjektor 3 angeordnet, wobei die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung 1 und der Kraftstoffinjektor 3 zur Verwendung mit erstem Kraftstoff in Form von Dieselkraftstoff und auch (alternativ) zweitem Kraftstoff in Form von Schweröl vorgesehen sind. Die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung 1 und der Kraftstoffinjektor 3 können bevorzugt mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung verwendet werden, zum Beispiel eines Kraftfahrzeugs, insbesondere in einem Common-Rail-System.
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Die MBV-Vorrichtung 1 ist geeignet, im Rahmen eines Kraftstoffeinspritzvorgangs die Einspritzmenge selbsttätig zu begrenzen, d. h. als Mengenbegrenzungsventil zu wirken, so dass auch bei dauerhaft offenem Düsenventil (nicht dargestellt) eines die MBV-Vorrichtung 1 aufweisenden Injektors 3 die Abgabe des Kraftstoffs an eine nachgeordnete Brennkammer über eine begrenzte Menge hinaus nicht ermöglicht ist.
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Die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung 1 ist eingerichtet, druckgesteuert erste durchströmbare Querschnitte 5 selbsttätig freizugeben, d. h. zwischen einem Kraftstoffeinlass 7 (am Injektor 3 bzw. der MBV-Vorrichtung 1) und einem Kraftstoffauslass 9 der MBV-Vorrichtung 1 (hin zur Düse des Injektors 3), und daneben druck- und viskositätsgesteuert zusätzliche durchströmbare Querschnitte 11 selbsttätig freizugeben, d. h. wiederum zwischen dem Kraftstoffeinlass 7 und dem Kraftstoffauslass 9 der Mengenbegrenzungsventilvorrichtung 1.
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Die MBV-Vorrichtung 1 kann bevorzugt ein erstes Ventil 13 aufweisen, welches eingerichtet ist, druckgesteuert die ersten durchströmbaren Querschnitte 5 selbsttätig freizugeben und ein zweites Ventil 15, über welches in Abhängigkeit der druckgesteuerten Stellung des ersten Ventils 13 und weiterhin viskositätsgesteuert die zusätzlichen durchströmbaren Querschnitte 11 selbsttätig freigebbar sind.
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Die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung 1 kann zur Bildung des ersten Ventils 13 bevorzugt ein erstes Ventilglied 17 (Schwebekörper) aufweisen, welches in einer Axialbohrung 19 in einem (Injektor)Gehäuse 21 der MBV-Vorrichtung 1 aufgenommen sein kann, insbesondere axialverschieblich. Hierbei kann das Injektorgehäuse 21 bevorzugt einen Ventilpartner für das erste Ventilglied 17 bilden. Weiterhin wirkt das erste Ventilglied 15 bevorzugt als Längsschieber. Bei dem derart gebildeten Ventil 13 kann der Längsschieber 15 zur Freigabe variierender durchströmbarer Querschnitte 5 mit der Wandung der Axialbohrung 19 im Injektorgehäuse 21 zusammenwirken. Am düsennahen Ende der Axialbohrung 19 kann bevorzugt der Auslass 9 gebildet sein, d. h. ausmünden.
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Durch das erste Ventilglied 17 kann bevorzugt wenigstens ein erster Strömungsweg 23 geführt sein. Der Strömungsweg 23 kann mittels einer Radialbohrung 25, zum Beispiel gebildet benachbart zum düsenfernen Ende 26 des Ventilglieds 17, insbesondere gebildet als Drosselbohrung, und einer kommunizierenden Axialbohrung 27, welche bevorzugt am düsennahen Ende 28 des Ventilglieds 17 in die Axialbohrung 19 ausmündet, im Ventilglied 17 gebildet sein, wobei die Radialbohrung 25 insbesondere geeignet ist, in Abhängigkeit der Verschiebestellung des Ventilglieds 15 relativ zur Bohrung 19 unterschiedliche Einlassquerschnitte des ersten Strömungswegs 23 darzustellen (erste Querschnitte 5).
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Über den so gebildeten ersten Strömungsweg 23 kann bei Offenstellung des Ventilglieds 17 (entsprechend einer Hubstellung, s. z. B. 1 oder 2, bei welcher der Einlass(querschnitt) 5, 25a unversperrt ist) eine Kommunikation zwischen einem (Hochdruck)Raum 29 und dem düsennahen Volumen der Axialbohrung 19 ermöglicht werden, d. h. über erste durchströmbare Querschnitte. Der Hochdruckraum 29 – in welchen hochdruck- bzw. systemdruckbeaufschlagter Kraftstoff über den Einlass 7 gelangen kann, und in welchen hinein das erste Ventilglied 17 axialverschieblich ist – ist hierbei bevorzugt benachbart zum düsenfernen Ende 26 des Ventilglieds 17 gebildet.
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In Schließstellung des Ventilglieds 17, korrespondierend mit einer Minimalhubstellung des Ventilglieds 17, ist der erste Strömungsweg 23 versperrt. Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Ventilglied 17 mit dem Gehäuse 21 weiterhin auch ein Sitzventil bildet, i. e mit einem Umfangsflansch 30a in einen Dichtsitz 30b gedrängt werden kann. Hierdurch kann Permanentleckage in Schließstellung vorteilhaft minimiert werden.
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Bevorzugt, s. z. B. 1, 2, 3, 4, ist der Schwebekörper 17, welcher im Wesentlichen zylinderförmig gebildet sein kann, an einer Schraubendruckfeder 31 abgestützt, welche denselben in Offenstellung (Hubstellung) drängt. Die Schraubendruckfeder 31 kann in der Axialbohrung 19 benachbart zum düsennahen Ende 28 aufgenommen sein.
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Nachfolgend wird die Wirkungsweise des ersten Ventils 13 im Zusammenhang mit einem Einspritzvorgang kurz erläutert.
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Bei anliegendem Systemdruck im Hochdruckraum 29 und geschlossenem Düsenventil des Injektors 3 ist auch das Volumen der Axialbohrung 19 mit hochdruckbeaufschlagtem Kraftstoff gefüllt, wobei ein Kräftegleichgewicht zwischen der stromaufwärtigen, Bz. 29, und der stromabwärtigen, Bz. 19, Seite des Ventilglieds 17 herrscht. Öffnet das Düsenventil für einen Einspritzvorgang (d. h. wird das Volumen 19 über den Auslass 9 entlastet), sinkt der Druck im Volumen der Axialbohrung 19 aufgrund des nunmehr abströmenden Kraftstoffs (und der Drosselung im ersten Strömungsweg 23) ab. Dieses zunehmende Druckgefälle bewirkt – d. h. druckgesteuert – eine Verschiebung des Ventilglieds 17 hin zu dem Auslass 9. Das Ventilglied 17 sinkt bei einem ordnungsgemäßen Einspritzvorgang hierbei nur soweit ab, dass der Einlass 25a bzw. der erste Strömungsweg 23 unversperrt bleibt. Schließt die Düsennadel bzw. das Düsenventil, kann sich der Druck im Volumen 19 wieder aufbauen, i. e. über den ersten Strömungsweg 23, und das Ventilglied 17 wird druckgesteuert wieder zurückverschoben, i. e. unterstützt durch die Feder 31.
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Im Falle einer Fehlfunktion des Injektors 3, insbesondere bei einem Düsennadelklemmen (anhaltende Offenstellung des Düsenventils), fällt der Druck im Volumen 19 weiter ab als bei einem ordnungsgemäßen Einspritzvorgang, so dass das Ventilglied 17 derart weit abgesenkt wird, dass die Einlassöffnung 25a abgesperrt wird, i. e. der erste Strömungsweg 23 versperrt wird (Anschlag 17 in Sitz 30). Die Einspritzmenge wird in diesem Falle begrenzt. Wird der Injektor 3 bzw. das Volumen 29 druckentlastet, kann das Ventilglied 17 durch die Rückstellkraft der Feder 31 zurück verschoben werden.
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Das weitere bzw. zweite Ventil 15 der MBV-Vorrichtung 1 ist bevorzugt eingerichtet, über eine mittels anströmenden Kraftstoffs erzeugte Scherkraft viskositätsgesteuert betätigt zu werden, insbesondere mittels der Scherkraft ein Drehmoment an einem Ventilglied 33 des zweiten Ventils 15 zu erzeugen. Bevorzugt ist das zweite Ventil 15 hierbei ausgelegt, bei Verwendung mit einem Kraftstoff einer ersten, relativ hohen Viskosität öffnen zu können und bei Verwendung mit einem Kraftstoff mit einer zweiten, relativ niedrigen Viskosität nicht öffnen zu können.
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Das zweite Ventil 15 umfasst ein zweites Ventilglied 33, welches stangenförmig, insbesondere als Drehschieber ausgebildet ist. Das zweite Ventilglied 33 kann in einer (zentralen) Axialbohrung 35 des ersten Ventilglieds 17 drehbar geführt sein, wobei das erste Ventilglied 17 bevorzugt als Ventilpartner mit dem zweiten Ventilglied 33 zusammenwirkt. Durch das zweite Ventilglied 33 ist ein zweiter Strömungsweg 37 geführt, welcher mittels einer (radialen) Öffnung 39, insbesondere einer Nut oder einer Bohrung 39, und einer kommunizierenden Axialbohrung 41 gebildet ist. Der zweite Strömungsweg 37 ist als weiterer – über das zweite Ventil 15 zuschaltbarer – Strömungsweg neben dem ersten Strömungsweg 23 zur Bereitstellung eines gegenüber Dieselbetrieb vergrößerten durchströmbaren Querschnitts der Mengenbegrenzungsventilvorrichtung 1 bei Schwerölbetrieb des Injektors 3 vorgesehen. Die Öffnung 39, s. z. B. 1 und 1c, kann bevorzugt einen Öffnungswinkel in Umfangsrichtung des Ventilglieds 33 von ca. 30°–45° aufweisen. Der zweite Strömungsweg 37 mündet weiterhin ebenfalls in die Axialbohrung 19 aus.
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Der zweite Strömungsweg 37 kann in Abhängigkeit einer Drehstellung (viskositätsgesteuert) als auch in Abhängigkeit einer axialen Verschiebestellung (hubgesteuert) des zweiten Ventilglieds 33 relativ zum ersten Ventilglied 17 über unterschiedliche Einlassquerschnitte 37a durchströmt werden (Querschnitte 11). Um den zweiten Strömungsweg 37 anströmen zu können, i. e. ausgehend vom Volumen 29, kann das erste Ventilglied 17 eine Radialbohrung 43 aufweisen (Drosselbohrung), welche bevorzugt unterhalb (i. e. mit Axialversatz; düsennäher) der Radialbohrung 25 gebildet ist. Die Radialbohrung 43 mündet in die Axialbohrung 35 aus, mit welcher auch der zweite Strömungsweg 37 über die Öffnung 39 kommuniziert. In Abhängigkeit der relativen Dreh- und Verschiebestellung von erstem 17 und zweitem 33 Ventilglied kann die Öffnung 39 mit unterschiedlichem Einlassquerschnitt 37a seitens der Radialbohrung 43 angeströmt werden. Je nach Anordnung und/oder Ausgestaltung der Öffnung 39 können unterschiedliche Einspritzratenverläufe bei einem Schwerölbetrieb erzielt werden, d. h. eine Einspritzratenformung. Dies wird unten noch näher erläutert.
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Die MBV-Vorrichtung 1 umfasst weiterhin einen Mechanismus 45, um das zweite Ventil 15 der MBV-Vorrichtung 1 viskositätsgesteuert betätigen zu können. Der Mechanismus 45 weist bevorzugt einen Rotor 47 auf, welcher insbesondere mit dem zweiten Ventilglied 33 drehfest verbunden ist, z. B. über einen Wellenabschnitt 49. Der Rotor 47 ist bevorzugt in einer Kammer 51 des Mechanismus 45 – z. B. gebildet von einer Hülse 53 und einem Deckelement 55 – angeordnet, welche in dem Gehäuse 21 aufgenommen sein kann, z. B. zwischen dem Volumen 29 und einem düsenfernen Ende des Injektors 3. Der Wellenabschnitt 49 erstreckt sich bevorzugt durch eine düsennahe Öffnung der Kammer 51, insbesondere gebildet im Boden der Kammer 51.
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Der (um eine axiale Achse) drehbare Rotor 47 kann weiterhin an einer Welle 57 angelagert sein, welche im Injektorgehäuse 21 aufgenommen ist, sich insbesondere durch das Deckelelement 55, welches in 1a beispielhaft in einer Draufsicht dargestellt ist, erstrecken kann. Über die Welle 57 kann der Rotor 47 ferner positionstreu fixiert oder alternativ axial verschieblich geführt werden. Zur Rückstellung des Rotors 47 ist weiterhin eine Rückstell- bzw. Rückholfeder 59 vorgesehen, welche mit dem Rotor 47 einerseits und dem drehfesten Deckelelement 55 andererseits verbunden ist sein kann.
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Zwischen der den Rotor 47 in seiner vorgesehenen Drehrichtung umgebenden, bevorzugt zylindrischen Mantelfläche der Kammerwand 61 (der Kammer 51) und der benachbarten Mantelfläche 63 des Rotors 47 ist zur Ausbildung des Mechanismus 45 ein Ringspalt bzw. Ringraum 65 gebildet. Der Ringspalt 65 – bevorzugt gleich bleibenden Querschnitts über die Höhe und den Umfang des Rotors 47 (konzentrische Ausrichtung) – dient dazu, an der insbesondere zylindrischen Umfangsmantelfläche 63 des Rotors 47 mittels einer Drallströmung im Ringspalt 65 Scherkräfte erzeugen zu können, wobei die erzeugte Scherkraft abhängig ist von der Viskosität des die Drallströmung im Ringspalt 65 erzeugenden Kraftstoffs. Über die erzeugte Scherkraft erfährt der Rotor 47 ein Drehmoment, welches z. B. über die feste Verbindung 49 in das Ventilglied 33 eingeleitet werden kann, so dass dieses in Abhängigkeit der Viskosität des Kraftstoffs verdreht oder nicht verdreht werden kann. Zur Ausbildung der Drallströmung ist der Mechanismus 45 bevorzugt zur tangentialen Einleitung von Kraftstoff in den Ringspalt 65 ausgestaltet.
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Hierzu kann die Kammer 51 einen Strömungskanal 67 ausbilden, insbesondere eine Mehrzahl von Kanälen 67, welche tangential an den Ringspalt 65 geführt sind bzw. darin einmünden, z. B. 1 und 1b.
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Bei einer Ausführungsform der MBV-Vorrichtung 1 gemäß 1 bildet die Hülse 53 – mit dem Injektorgehäuse 21 – einen Ringkanal 69, welcher über den Einlass 7 angeströmt werden kann. Von dem Ringkanal 69 zweigt eine Mehrzahl von Strömungskanälen 67 in den Ringspalt 65 ausmündend ab, welche ausgestaltet sind, den Rotor 47 sowohl über seinen Umfang, z. B. 1b, als auch über seine Höhe, z. B. 1, tangential anzuströmen. Hierbei sind die Kanäle 67 bevorzugt eingerichtet, den Kraftstoff fächerförmig, d. h. auch mit einer axialen Richtungskomponente in den Ringspalt 65 einzuleiten. Hierdurch kann der Kraftstoff nach Umströmen des Rotors 47 in axialer Richtung auf einfache Weise abfließen, d. h. sowohl in Richtung Düse als auch in Richtung düsenfernes Ende. Bevorzugt ist eine erste Anzahl von Kanälen 67a je eingerichtet, den Kraftstoff aufsteigend in den Ringspalt 65 einzubringen, eine weitere Anzahl 67b, den Kraftstoff je absteigend in den Ringspalt 65 einzubringen. Die Anpassung bzw. Einstellung der Scherkraft erfolgt insbesondere über die radiale Spalthöhe bzw. -abmessung des Ringspalts 65.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform, bei welcher ein kombinierter Strömungsweg des in den Ringspalt 65 eingebrachten Kraftstoffs zum Volumen 29 bereitgestellt werden kann, kann der Kraftstoff nach Austritt aus dem Ringspalt 65 über Aussparungen im Deckelelement 55 z. B. in einen Einzeldruckspeicher 71 eines Injektors 3 eintreten, vgl. a. 1a, woraus dieser nachfolgend über eine Hochdruckleitung 73 in das Volumen 29 einbringbar ist. Des Weiteren kann der Kraftstoff am düsennahen Ende 75 der Kammer 51 über wenigstens eine Durchtrittsöffnung 77 (um den Wellenabschnitt 49) ebenfalls in das Volumen 29 eintreten. Somit ist vermieden, dass Kraftstoff in der Kammer 51 steht und darin altert, woneben dem Kraftstoff für den Einspritzbetrieb zwei Strömungswege zur Verfügung stehen.
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Die Mengenbegrenzungsventilvorrichtung 1 gemäß 1 kann bevorzugt einen Rotor 47 aufweisen, dessen Mantelfläche 63 zusätzlich strukturiert ist (nicht dargestellt), insbesondere gerauht bzw. rau ist. Über den Rauheitsgrad der Rotormantelfläche 63 kann die Höhe der Scherkraft auf einfache Weise mitbeeinflusst werden, welche sich bei Betrieb mit Dieselkraftstoff und mit Schwerölkraftstoff an der Rotormantelfläche 63 zur Erzeugung eines Drehmoments mittels des im Ringspalt 65 strömenden Kraftstoffs einstellt, das heißt die Viskositätsteuerung für das zweite Ventil 15 implementiert werden.
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Gemäß der 2, 3 und 4 kann bei Ausführungsformen der MBV-Vorrichtung 1 weiterhin vorgesehen sein, den Kraftstoff über wenigstens eine Spiralnut 79 im Ringspalt 65 zu führen. Die wenigstens eine Spiral- oder Schraubennut 79 kann in der Kammerwand 63 den Rotor 47 umgebend gebildet sein, alternativ z. B. am Rotor 47.
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2 und 4 veranschaulichen je eine MBV-Vorrichtung 1 mit lediglich einem Kraftstoffströmungsweg zum Volumen 29, i. e. durch das Deckelelement 55. Die MBV-Vorrichtung 1 weist hierbei eine zum düsenfernen Ende 81 der Kammer 51 aufsteigend durchströmte Nut 79 auf (in der Darstellung gegen den Uhrzeigersinn). Über den Einlass 7 und einen Kanal 67 kann ein unterer Endabschnitt der Nut 79 tangential angeströmt werden, wobei der Kraftstoff mit der aufsteigenden Drallströmung durch das Deckelelement 55 hindurch abgefördert werden kann. Am Wellenabschnitt 49 durch den Boden der Kammer 51, ist ein geringer Spaltabstand für eine Durchspülung vorgesehen, um eine Alterung des Kraftstoffs in der Kammer 51 zu verhindern.
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3 und 3a veranschaulichen einen Mechanismus 45 bzw. eine Mengenbegrenzungsventilvorrichtung 1, welche(r) mittels einer ersten, insbesondere absteigend durchströmten Spiralnut 79a und einer zweiten, insbesondere aufsteigend durchströmten Spiralnut 79b gebildet ist. Die Nuten 79a, 79b sind wiederum in die Ringspalt-, insbesondere Kammerwand 61, eingearbeitet. Bei dieser Ausgestaltung wird das Nutpaar 79a, b zentral an einer gemeinsamen Anströmposition über den Einlass 7 und einen Kanal 69 angeströmt, z. B. 3a (gegen den Uhrzeigersinn). Der weitere Strömungsweg des Kraftstoffs hin zu dem Volumen 29 kann jenem gemäß 1 entsprechen, wobei wiederum eine Durchtrittsöffnung 77 vorgesehen ist.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann daneben vorgesehen sein, eine absteigend durchströmte Spiralnut 79 bereitzustellen, z. B. bei Verwendung eines Injektors 3 ohne Einzeldruckspeicher 71. Der Kraftstoffdurchtritt in das Volumen 29 kann hierbei wiederum über eine Durchgangsöffnung 77 erfolgen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Rotor 47 mit dem zweiten Ventilglied 33 im Gehäuse 21 positionstreu angeordnet ist, das heißt (radial und axial) unverlagerbar. Eine derartige Ausgestaltung zeigen zum Beispiel die 1 und 2. Hierbei kann das untere, düsennahe Ende des zweiten Ventilglieds 33 auf einem Lagerkörper 83 (z. B. mit Kraftstoffdurchtrittsöffnungen) oder anderweitig abgestützt sein, der zweite Strömungsweg 37 daneben endseitig verzweigen, i. e. ausgehend von der Axialbohrung 41.
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Weiterhin kann Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, den Rotor 47 mit dem drehfest verbundenen zweiten Ventilglied 33 schwimmend auszuführen. Eine solche Lösung zeigen zum Beispiel die 3 und 4. Bei dieser Ausgestaltung der MBV-Vorrichtung 1 bewegt sich das zweite Ventilglied 33 mit dem Rotor 47 während eines Einspritzvorgangs, geführt vom Schwebekörper 17 mit nach unten, i. e. in Richtung Düse. Das Mitnehmen kann über einen Sprengring 85 am zweiten Ventilglied 33 ermöglicht werden, welcher am düsennahen Ende 28 des ersten Ventilglieds 17 mit diesem in Eingriff gelangen kann. Diese Ausgestaltung erlaubt ein höheres Spiel in der Ventilstangenführung 35, so dass die Sicherheit gegen Feststecken, zum Beispiel durch Belagsbildung erhöht ist. Darüber hinaus kann bei einer MBV-Vorrichtung gemäß z. B. 3 und 4 Permanentleckage an der Führung 35 weitestgehend verhindert werden, wozu mittels des zweiten Ventilglieds 33 und dem ersten Ventilglied 17 ein Sitzventil 87 für das Absperren an der Bohrung 35 gebildet sein kann, i. e. für den Fall, dass sich das erste Ventilglied 17 in Minimalhubstellung befindet.
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Abschließend wird noch näher auf das Umschalten zwischen der Betriebsweise Dieselbetrieb und der Betriebsweise Schwerölbetrieb mittels der Mengenbegrenzungsventilvorrichtung 1 bzw. eines damit gebildeten Injektors 3 eingegangen. Hierbei sei angemerkt, dass die beigefügten 1, 2, 3 und 4 je eine Stellung veranschaulichen, in welchen das zweite Ventil 15 geöffnet ist, das heißt insbesondere eine Schweröl-Betriebsstellung.
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Bei Dieselbetrieb wird der Ringspalt 65 über den Einlass 7 angeströmt, das heißt mit hochdruckbeaufschlagtem Dieselkraftstoff. Aufgrund der geringen Viskosität des Dieselkraftstoffs kann mittels der erzeugten Drallströmung bzw. der sich einstellenden Scherkraft jedoch keine Drehung des Rotors 47 (in Richtung des Pfeils auf Welle 49) und somit des zweiten Ventilglieds 33 aus dessen Schließstellung in die Offenstellung bewirkt werden. Der Einlassquerschnitt 37a des zweiten Strömungswegs 37 ist durch das erste Ventilglied 17 versperrt, dessen Bohrungswand 35 die Nut 39 bzw. Bohrung 39 verschließt. Insoweit als folglich keine Kommunikation des Volumens 29 mit dem Volumen 19 über das zweite Ventilglied 33 ermöglicht ist, kann Kraftstoff aus dem Volumen 29 nur über den ersten Strömungsweg 23 in das Volumen 19 gelangen. Lediglich die ersten durchströmbaren Querschnitte 5 sind somit im Dieselbetrieb darstellbar.
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Im Schwerölbetrieb wird der Ringspalt 65 mit Schweröl angeströmt, welches eine um etwa den Faktor 20 höhere Viskosität als Dieselkraftstoff aufweist, siehe a. Einleitung. Die sich nunmehr am Rotor 47 einstellenden Scherkräfte ermöglichen dem Rotor 47 und somit dem zweiten Ventilglied 33 eine Drehung, zum Beispiel um einen Verdrehwinkel von etwa 90°, gegen die Kraft der Rückholfeder 59 soweit, bis die Drehung durch einen Anschlag 89 am Rotor 47 begrenzt wird. Der Anschlag 89 kann hierbei gegen das Deckelelement 55 wirken, siehe zum Beispiel 1a und 1 und 2. In der Anschlagstellung ist das zweite Ventilglied 33 soweit gedreht, dass der zweite Strömungsweg 37 über die Bohrung 43 im ersten Ventilglied 17 angeströmt und auch durchströmt werden kann, d. h. sofern die Stellung des ersten Ventilglieds 17 korrespondierend geeignet druckgesteuert ist (Hub), das heißt eine Kommunikation zwischen der Bohrung 43 und der Nut bzw. Öffnung 39 ermöglicht ist. Zur Sicherstellung der Kommunikation für die beabsichtigte Zeitdauer während eines Einspritzvorgangs kann die Öffnung 39 korrespondierend ausgestaltet sein, bei der relativ verschieblichen Lösung gemäß 1 und 2 z. B. größere Axialabmessung aufweisen als bei der mitverschieblichen Lösung gemäß 3 und 4.
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In den Ruhezeiten zwischen zwei Einspritzvorgängen ist die Strömung am Rotor 47 vorbei sehr schwach oder auch gar nicht vorhanden. Die Auslegung der Rückstellfeder 59, der Rotorträgheit, des Führungsspiels des Ventilglieds 33 und des Ringspalt 65 ist daher bevorzugt derart bemessen, dass die Rückdrehung des Rotors 47 in der Einspritzpause hinreichend gering ist, dass sich der Einlassquerschnitt 37a des zweiten Strömungswegs 37 nur geringfügig ändert.
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Mit der erfindungsgemäßen Mengenbegrenzungsventilvorrichtung 1 ist auch vorteilhaft eine Formung des Einspritzratenverlaufs ermöglicht, s. z. B. 5. Dies kann z. B. durch Gestaltung der Nut bzw. Öffnung 39 erzielt werden. Je nach Lage der Nutunterkante 39 kann ein vorzeitiges Schließen des Schwerölzugangs bzw. Einlassquerschnitts 37a des zweiten Strömungswegs 37 vor dem Einspritzende gesteuert werden. Ein schnelles Schließen des zweiten Strömungswegs 37, während sich die Düsennadel noch im Öffnen befindet, kann zum Beispiel einen steilen Anfangsverlauf 91 und nachfolgend einen flacheren Verlauf 93 der Einspritzrate ER bewirken. Weiterhin ist es denkbar, einen Boost-Strömungsweg parallel zu dem ersten Strömungsweg 23 im ersten Ventilglied 17 vorzusehen, welcher bei Absenken des ersten Ventilglieds 17 zeitlich vor dem ersten Strömungsweg 23 versperrt wird. Auch hierdurch ist eine Formung des Einspritzratenverlaufs möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- MBV-Vorrichtung
- 3
- Injektor
- 5
- Erste Querschnitte
- 7
- Kraftstoffeinlass
- 9
- Kraftstoffauslass
- 11
- Zusätzliche Querschnitte
- 13
- Erstes Ventil
- 15
- Zweites Ventil
- 17
- Ventilglied 13
- 19
- Axialbohrung
- 21
- (Injektor)Gehäuse
- 23
- Erster Strömungsweg
- 25
- Radialbohrung 23
- 25a
- Einlass 23/25
- 26
- Düsenfernes Ende 17
- 27
- Axialbohrung 23
- 28
- Düsennahes Ende 17
- 29
- Volumen
- 30a
- Flansch
- 30b
- Sitz
- 31
- Feder
- 33
- Ventilglied 15
- 35
- Axialbohrung 17
- 37
- Zweiter Strömungsweg
- 37a
- Einlass 37
- 39
- Nut/Öffnung
- 41
- Axialbohrung 37
- 43
- Radialbohrung 17
- 45
- Mechanismus
- 47
- Rotor
- 49
- Welle
- 51
- Kammer
- 53
- Hülse (Spiraleinsatz)
- 55
- Deckel
- 57
- Welle
- 59
- Rückholfeder
- 61
- Wand 51
- 63
- Mantel 47
- 65
- Ringspalt
- 67
- Kanal 51
- 69
- Ringkanal
- 71
- Einzeldruckspeicher
- 73
- Hochdruckleitung
- 75
- Düsennahes Ende 51
- 77
- Durchtrittsöffnung
- 79
- Schraubennut
- 81
- düsenfernes Ende 51
- 83
- Sprengring
- 85
- Lagerkörper
- 87
- Sitzventil
- 89
- Anschlag
- 91
- Abschnitt
- 93
- Abschnitt
