DE102015106760A1

DE102015106760A1 - Eingeschränkte strömungspassage bei common-rail-injektoren

Info

Publication number: DE102015106760A1
Application number: DE102015106760.9A
Authority: DE
Inventors: Marian Trocki; Donald J. Benson; Tamas Rauznitz; Vijaygandeeban Subbaihaannadurai; Deepak Sahini
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 2014-05-31
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2015-12-03
Also published as: US20150345450A1; US9822748B2; CN105275694A; CN105275694B

Abstract

Ein Injektor hat einen Injektorkörper, umfassend einen Injektorhohlraum, der eine innere Wand und eine longitudinale Achse definiert, eine Injektoröffnung und einen Kolben, der verschiebbar innerhalb des Injektorhohlraums angeordnet ist. Der Kolben hat einen äußeren Bereich und einen inneren Bereich an verschiedenen Orten longitudinal entlang dem Kolben. Der innere Bereich hat eine Mehrzahl an Oberflächenbereichen, welche einen Führungsbereich umfassen, der dazu eingerichtet ist, mit der inneren Wand des Injektorhohlraums im Wesentlichen zusammenzupassen, den Kolben gleitend in einer Richtung entlang der longitudinalen Achse zu bewegen und im Wesentlichen zu verhindern, dass sich der Kolben innerhalb des Injektorhohlraums lateral versetzt. Die Mehrzahl an Oberflächenbereichen umfasst auch einen Beschränkungsbereich, der dazu eingerichtet ist, einen Beschränkungshohlraum zwischen einer äußeren Oberfläche des inneren Bereiches und der inneren Wand des Injektorhohlraums axial entlang einer Länge des inneren Bereiches zu bilden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Common-Rail-Kraftstoffdirekteinspritzungsinjektoren, insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Kraftstoffinjektor mit geschlossener Düse.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verwenden typischerweise Common-Rail-Injektoren als ein Kraftstoffdirekteinspritzungssystem zum Pumpen von Kraftstoffpulsen in eine Verbrennungskammer. Ein üblicherweise verwendeter Injektor ist ein Injektor mit geschlossener Düse, welcher einen Düsenaufbau hat, der ein Nadelventil aufweist, welches neben einer Düsenöffnung angeordnet ist, um einem Zurückblasen von Abgas in die Pump- oder Dosierkammer des Injektors Widerstand zu leisten, während ermöglicht wird, dass Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird. Das Nadelventil ist innerhalb eines Düsenhohlraums angeordnet und ist dazu gestaltet, zu einer geschlossenen Position hin vorgespannt zu sein, um einen Kraftstoffstrom durch die Düsenöffnungen zu blockieren. Es besteht ein fortwährendes Bedürfnis nach einem besseren Design eines Injektors mit geschlossener Düse, welches beispielsweise effizientere Herstellungsmöglichkeiten und/oder bessere Performance-Eigenschaften bietet, verglichen mit bestehenden Designs von Düseninjektoren.
KURZFASSUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff unter hohem Druck in die Verbrennungskammer eines Motors. Der Injektor hat einen Injektorkörper, welcher einen Injektorhohlraum, welcher eine innere Wand und eine Longitudinalachse definiert, und eine Injektoröffnung umfasst, welche mit einem Ende des Injektorhohlraums zum Auslassen von Kraftstoff verbunden ist. Der Injektor umfasst auch einen Kolben, der verschiebbar innerhalb des Injektorhohlraums neben der Injektoröffnung angeordnet ist. Der Kolben umfasst einen äußeren Bereich und einen inneren Bereich an verschiedenen Orten longitudinal entlang des Kolbens. Der äußere Bereich hat eine erste Querschnittsfläche. Der innere Bereich hat eine zweite Querschnittsfläche, die größer ist als die erste Querschnittsfläche, und eine Mehrzahl an Flächenbereichen, welche einen Führungsbereich umfassen, der dazu eingerichtet ist, im Wesentlichen mit der inneren Wand des Injektorhohlraums zusammenzupassen. Der Führungsbereich führt den Kolben, so dass dieser sich gleitend in einer Richtung entlang der Longitudinalachse bewegt, und verhindert im Wesentlichen, dass sich der Kolben lateral innerhalb des Injektorhohlraums versetzt. Die Mehrzahl an Flächenbereichen umfasst auch einen Beschränkungsbereich, der dazu gestaltet ist, einen beschränkenden Hohlraum zwischen einer äußeren Fläche des inneren Bereichs und der inneren Wand des Injektorhohlraums axial entlang einer Länge des inneren Bereiches zu bilden, womit ein Druckabfall entlang des beschränkenden Hohlraums erzeugt wird und die Nadel zu der geschlossenen Position hin bewegt wird.
Während mehrere Ausführungsformen beschrieben sind, werden dem Fachmann dennoch weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich werden, welche beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung zeigt und beschreibt. Demgemäß sind die Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung als illustrativ in ihrer Art und nicht als beschränkend aufzufassen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1: ist eine schematische Schnittdarstellung eines Kraftstoffinjektoraufbaus gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2: ist eine schematische Longitudinalschnittansicht einer alternativen Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
3 und 4: sind schematische Schnittqueransichten des Kraftstoffinjektors, welche sich auf die Linien 3-3 beziehungsweise 4-4 aus der 2 beziehen, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
5 und 6: sind schematische Longitudinalschnittansichten einer alternativen Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
7 und 8: sind schematische Queransichten von alternativen Ausführungsformen eines Kraftstoffinjektors gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
9 und 10: sind jeweils eine schematische Longitudinalschnittansicht einer alternativen Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
11: ist eine schematische Longitudinalschnittansicht eines Beschränkungspassagenbereichs des Kraftstoffinjektors aus 9 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
12: ist eine schematische Longitudinalschnittansicht des Beschränkungspassagenbereiches des Kraftstoffinjektors aus 10 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Während die Erfindung offen ist für verschiedene Modifikationen und alternative Formen, sind spezifische Ausführungsformen in den Zeichnungen beispielhaft gezeigt und nachstehend detailliert beschrieben. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die speziellen beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil soll die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen umfassen, welche in den Umfang der Erfindung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In dieser Anmeldung werden die Wörter „nach innen“, „innerster“, „nach außen“ und „äußerster“ durchwegs jeweils den Richtungen zu dem Punkt hin oder von diesem weg kennzeichnen, an welchem Kraftstoff von einem Injektor tatsächlich in die Verbrennungskammer eines Motors eingespritzt wird. Die Wörter „oberer“ und „unterer“ werden sich auf die Bereiche des Injektoraufbaus beziehen, welche am weitesten weg beziehungsweise am nächsten zu dem Motorzylinder sind, wenn der Injektor betriebsbereit auf dem Motor angeordnet ist.
1 zeigt eine vereinfachte, schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors, gekennzeichnet durch Bezugszeichen 10, (welcher auch als ein Kraftstoffinjektor mit geschlossener Düse oder allgemeiner als ein Common-Rail-Kraftstoffinjektor bezeichnet wird,) gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Kraftstoffinjektor 10 wird zum Einspritzen von Kraftstoff unter hohem Druck in eine Verbrennungskammer (nicht dargestellt) eines Motors verwendet. Der Kraftstoffinjektor 10 kann dazu gestaltet sein, mit einer Vielzahl von Injektoren und Kraftstoffsystemen verwendet zu werden. Beispielsweise kann der Kraftstoffinjektor 10 Hochdruckkraftstoff von einer Hochdruck-Common-Rail erhalten, oder alternativ von einer speziellen Pumpenanordnung, wie zum Beispiel bei einem Pumpe-Leitung-Düse-System oder einem Injektoreinheitssystem, welches zum Beispiel einen mechanisch in einen Injektorkörper hinein betätigbaren Kolben umfasst. Der Kraftstoffinjektor 10 umfasst allgemein einen Injektorkörper 12, welcher eine Düse 13 und einen Injektorhohlraum 14 (welcher auch als eine innere Region, eine Bohrung oder ein Lumen bezeichnet wird) aufweist, welcher einen Kraftstoffeinlass 17 und Einspritzöffnungen 42 aufweist. Der Injektorhohlraum 14 definiert eine innere Wand 15 und eine Longitudinalachse X1. Der Injektorhohlraum 14 beherbergt ein Nadelventil 16 (welches auch als ein Kolben bezeichnet wird), welches für Hin- und Her-Bewegungen in dem Injektorhohlraum 14 entlang der Longitudinalachse X1 angeordnet ist, und ein Nadelventilbetätigungssystem 18.
Wie in 1 gezeigt, hat das Nadelventil 16 einen Ventilsitzbereich 26, der an einem inneren Ende 23 angeordnet ist, welches dichtend einen Ventilsitz 28 der Düse 13 kontaktiert, wenn das Nadelventil 16 sich in einer geschlossenen Position befindet. Ein äußeres Ende 22 des Nadelventils 16 wechselwirkt wie gewünscht mit dem Nadelventilbetätigungssystem 18. Bei einigen Ausführungsformen ist das Nadelventil 16 in die geschlossene Position mittels eines Vorspannungsmechanismus innerhalb des Injektorhohlraums 14 vorgespannt, beispielsweise mittels einer Vorspannungsfeder 32 und eines Nadelventilbetätigungssystems 18. Das Nadelventilbetätigungssystem 18 steuert den Strom an Kraftstoff, welcher in den Einlass 17 und das äußere Ende 22 des Injektorhohlraums 14 eintritt, um dabei zu helfen, die Bewegung des Nadelventils 16 zwischen einer offenen Position und der geschlossenen Position zu steuern. Vorspannungsmechanismen, welche die Vorspannungsfeder 32 und das Nadelventilbetätigungssystem 18 umfassen, sind allgemein im US- Patent Nr. 6,499,467 beschrieben, welches den Titel „Closed Nozzle Fuel Injector With Improved Controllability“ (Kraftstoffinjektor mit geschlossener Düse mit verbesserter Steuerbarkeit) trägt und welches hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
Das Nadelventil 16 umfasst gemäß einigen Ausführungsformen auch Nadelventilvorspannungsmerkmale 20, um die Öffnungs- und die Schließrate des Nadelventils 16 für eine genauere Steuerung des Kraftstoffeinspritzens zu verbessern. Die Nadelventilvorspannungsmerkmale 20 umfassen optional einen inneren Bereich 30 und einen äußeren Bereich 24 des Nadelventils 16 und insbesondere die relativen Abmessungen des inneren und des äußeren Bereichs 30, 24, um wünschenswerte Kraftstoffdruckvorspannungskräfte auf das Nadelventil 16 während einem Einspritzvorgang zu erreichen. Bei einigen Ausführungsformen kann der innere Bereich 30 einen Querschnittsbereich (Ai) (welcher auch hinsichtlich einer Radiallänge eines Durchmessers oder einer alternativen Querabmessung beschrieben wird) umfassen, welcher größer ist als die Querschnittsfläche (Ao) des äußeren Bereichs 24, um einen Druckabfall zu erzeugen und eine Vorspannungsschließkraft auf das Nadelventil 16 zu erzeugen.
Die Nadelvorbelastungsmerkmale /-vorspannungsmerkmale 20 umfassen optional auch den inneren Bereich 30, welcher eine Beschränkungspassage 58 bildet (welche auch als eine Passage, ein Hohlraum, ein Spalt oder ein Freiraum bezeichnet wird).
Die Beschränkungspassage 58 beschränkt den Strom an Kraftstoff von dem äußeren Hohlraum 34 in ein inneres Kontrollvolumen 52, wenn der Kraftstoffinjektor 10 sich in einer offenen Position befindet, um ein gewünschtes Kraftprofil auf dem Nadelventil 16 zu erzeugen. Das innere Kontrollvolumen 52 ist ein Gebiet, das den Ventilsitzbereich 26 umgibt und Kraftstoff zum Einspritzen in eine Motorverbrennungskammer enthält, wenn sich der Kraftstoffinjektor 10 in einer offenen Position befindet. Die Strombeschränkung bewirkt einen kleinen Druckabfall über die Beschränkungspassage 58, welcher einen höheren Druck in dem Injektorhohlraum 14 als in dem inneren Kontrollvolumen 52 erzeugt. Folglich hilft die Beschränkungspassage 58 dabei, die resultierende Kraft auf das Nadelventil 16 während dem Einspritzvorgang zu erhöhen, indem Kraftstoffdruckvorspannungskräfte auf das Nadelventil 16 zu der geschlossenen Position hin erzeugt werden.
Im Ergebnis helfen die Nadelvorspannungsmerkmale dabei, eine signifikante nach unten gerichtete Kraft (Fc) auf das Nadelventil 16 zu erzeugen, unter Nutzung des kleinen Druckabfalls zwischen dem äußeren Hohlraum 34 und dem inneren Kontrollvolumen 52, das durch die Beschränkungspassage 58 erzeugt wird, für Zustände, wo die Nadel von ihrem Ventilsitz 28 gehoben ist. Vorteile, die durch Erzeugen der gewünschten Schließkraft (Fc) auf das Nadelventil 16 erreicht werden, umfassen das Verlangsamen des Öffnens des Nadelventils 16 und das Beschleunigen des Schließens des Nadelventils 16, um allgemein die Kraftstoffeinspritzsteuerung und -genauigkeit zu verbessern und um Emissionen zu verbessern.
2 ist eine schematische Longitudinalschnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors, gekennzeichnet durch Bezugszeichen 110, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt sind die erste und die zweite Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 110, 10 optional im Wesentlichen gleich und daher sind verschiedene Merkmale der zweiten Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 110 im Zusammenhang mit dem zuvor diskutierten Kraftstoffinjektor 10 beschrieben. Der Kraftstoffinjektor 110 ist detaillierter in 2 dargestellt, gemäß einigen Ausführungsformen. Bei 2 umfasst ein Nadelventil 116 einen äußeren Bereich 124, welcher eine äußere Umfangsabmessung hat, die zum Bilden einer Strömungspassage zwischen dem äußeren Bereich und einer inneren Wand 115 eines Injektorhohlraums 114 bemessen und angeordnet ist. Die Strömungspassage zwischen der äußeren Oberfläche des äußeren Bereichs 124 und der inneren Wand 115 eines Injektorkörpers 112 erzeugt optional einen Strom zwischen dem äußeren Bereich 124 und der gegenüberliegenden Fläche des Injektorkörpers 112, was den Injektorhohlraum 114 bildet, gemäß einigen Ausführungsformen. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Vorspannungsfeder 32 um mindestens einen Bereich des äußeren Bereichs 124 angeordnet.
Das Nadelventil 116 umfasst auch einen inneren Bereich 130, der eine Mehrzahl an Flächenbereichen 138 hat, die in Umfangsrichtung um die äußere Fläche des inneren Bereichs 130 beabstandet sind. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Mehrzahl an Flächenbereichen 138 einen Führungsbereich 160 (welcher auch als ein erster Bereich oder ein Führungsmerkmal bezeichnet wird), einen Beschränkungsbereich 162 (welcher auch als ein zweiter Bereich, eine Verstärkungsöffnung, eine Beschränkungsöffnung, ein Beschränkungsmerkmal oder ein Vorspannungsmerkmal bezeichnet wird), einen Freiraumbereich 164 (welcher auch als ein dritter Bereich oder eine Freiraumöffnung bezeichnet wird) und/oder Kombinationen davon.
Mindestens einer der Mehrzahl an Flächenbereichen 138 umfasst gemäß einigen Ausführungsformen den Führungsbereich 160. Der Führungsbereich 160 ist optional dazu gestaltet, im Wesentlichen mit der inneren Wand 115 des Injektorhohlraums 114, insbesondere mit der inneren Wand 115 einer Düse 113, zusammenzupassen. Der Führungsbereich 160 führt optional das Nadelventil 116 so, dass sich das Nadelventil 116 gleitend innerhalb des Injektorhohlraums 114 entlang der Longitudinalachse X1 bewegt. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Führungsbereich 160 mindestens zwei Kontaktpunkte, wobei die zwei Kontaktpunkte um 180° getrennt sind, um zu verhindern, dass sich das Nadelventil 116 während einer Nadelventilbetätigung lateral bewegt. Bei einigen Ausführungsformen ist der Führungsbereich 116 dazu bemessen und geformt, eine geschlossene Gleitpassung zwischen mindestens einem Bereich des Nadelventils 116 und der inneren Wand 115 des Injektorhohlraums 114 zu bilden. Der Führungsbereich 160 ist optional eine gebogene, konvexe Verbindungsfläche, welche komplementär ist zu einem konkaven Inneren des Injektorhohlraums 114 an der Düse 113, gemäß einigen Ausführungsformen. Beispielsweise ist bei einigen Ausführungsformen der Führungsbereich 160 ein kreisförmiger oder ein elliptischer Flächenbereich, welcher zu einer komplementären Fläche der inneren Wand 115 zusammenpasst.
Der Führungsbereich 160 erstreckt sich optional entlang einer gegebenen Länge des inneren Bereiches 130 in einer Longitudinalrichtung, welche auch als eine Axialrichtung bezeichnet wird. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich der Führungsbereich 160 longitudinal mindestens über einen Bereich der Länge des inneren Bereichs 130 des Nadelventils 116. Bei anderen Ausführungsformen erstreckt sich der Führungsbereich 160 longitudinal entlang der gesamten Länge des inneren Bereichs 130 des Nadelventils 116. Mit anderen Worten umfasst das Nadelventil 116 optional einen longitudinalen kontinuierlichen Führungsbereich 160, welcher sich von einem ersten Ende 144 des inneren Bereichs 130 bis zu einem zweiten gegenüberliegenden Ende 146 des inneren Bereichs 130 erstreckt.
Wie in 2 gezeigt, umfasst die Mehrzahl an Flächenbereichen 138 des inneren Bereiches 130 auch den Beschränkungsbereich 162. Bei einigen Ausführungsformen ist der Beschränkungsbereich 162 eine ebene Fläche. Bei anderen Ausführungsformen ist der Beschränkungsbereich 162 eine konkave Fläche. Der Beschränkungsbereich 162 kann viele andere Flächenformen oder Konturen beinhalten, so lange der Beschränkungsbereich 162 es ermöglicht, dass Kraftstoff zwischen der äußeren Fläche des inneren Bereiches 130 des Nadelventils 116 und der inneren Wand 115 des Injektorhohlraums 114 strömt. Der Beschränkungsbereich 162 an sich bildet im Wesentlichen eine Beschränkungspassage 158 zwischen der äußeren Fläche des inneren Bereiches 130 des Nadelventils 116 und der inneren Wand 115 des Injektorhohlraums 114, wie gewünscht. Der Beschränkungsbereich 162 befindet sich bei einigen Ausführungsformen longitudinal neben dem Freiraumbereich 164 des inneren Bereiches 130.
Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst mindestens einer der Mehrzahl an Flächenbereichen 138 den Freiraumbereich 164. Der Freiraumbereich 164 befindet sich optional longitudinal zwischen dem Beschränkungsbereich 162 und dem Ventilsitzbereich 126 des Nadelventils 116. Bei 2 bildet der Freiraumbereich 164 das Freiraumgebiet 154 zwischen der äußeren Fläche des Nadelventils 116 und der inneren Wand 115 des Injektorhohlraums 114. Das Freiraumgebiet 154 hat optional eine größere Querschnittsfläche als die Beschränkungspassage 158, um Druckabfälle in dem Kraftstoffinjektorhohlraum 114 zu minimieren. Das Freiraumgebiet 154 steuert die Größe des Druckausgleichs in dem Kraftstoffinjektorsystem 110, was wiederum die Größe einer Kraftstoffeinspritzung und einer Kraftstoffeinspritzzeit beeinflussen kann.
Bei einigen Ausführungsformen hat der Freiraumbereich 164 eine gleichförmige Oberflächenform oder -kontur, welche die Freiraumfläche 154 mit einer konstanten Querschnittsfläche bildet. Bei anderen Ausführungsformen hat der Freiraumbereich 164 eine Oberflächenform oder -kontur, welche longitudinal entlang der Länge des inneren Bereichs 130 variiert, welcher die Freiraumfläche 154 mit einer Querschnittsfläche bildet, welche longitudinal entlang der Länge des inneren Bereichs 130 variiert. Die Beschränkungspassage 158 und die Freiraumfläche 154 sind optional in dem Nadelventil 116, dem Injektorgehäuse 112, der Nadel 113 und/oder Kombinationen davon gebildet.
Die 3 und 4 sind schematische Schnittqueransichten der zweiten Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 110 aus 2 an zwei verschiedenen longitudinalen Orten entlang dem Injektor 110. Der Beschränkungsbereich 162 bildet optional die Beschränkungspassage 158 zwischen der äußeren Oberfläche des Nadelventils 116 und der inneren Wand 115 des Injektorhohlraums 114. Wie in 3 gezeigt, bildet der Beschränkungsabschnitt 162 mit einer flachen Oberfläche beispielsweise die Beschränkungspassage 158 mit einem halbkreisförmigen oder einem nicht ringförmigen Querschnitt zwischen der äußeren Oberfläche des Nadelventils 116 und der inneren Wand 115 des Injektorhohlraums 114. Der Beschränkungsbereich 162 befindet sich umfangsmäßig neben dem Führungsbereich 160 des Nadelventils 116, gemäß einigen Ausführungsformen.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Beschränkungsbereich 162 eine konkave Oberfläche, welche einen longitudinalen Kanal bildet. Bei einigen Ausführungsformen hat der innere Bereich 130 optional einen Kanal oder mehrere Kanäle. Bei einigen Ausführungsformen bildet der Beschränkungsbereich 162 optional einen longitudinalen Kanal mit einem konstanten Querschnitt. Bei einigen Ausführungsformen bildet der Beschränkungsbereich 162 optional einen longitudinalen Kanal mit einem variierenden Querschnitt.
Die Form des longitudinalen Kanals umfasst optional einen gebogenen, konkaven Kanal, beispielsweise einen kugelförmigen Kanal oder einen ovalen Kanal, ist aber nicht hierauf beschränkt. Bei einigen Ausführungsformen hat der Beschränkungsbereich 162 einen Krümmungsradius, welcher verschieden ist von dem Krümmungsradius der inneren Wand 115 des Injektorhohlraums 114. Bei einigen Ausführungsformen ist der Krümmungsradius des Beschränkungsbereichs 162 größer als der Krümmungsradius der inneren Wand 115. Alternativ ist bei einigen Ausführungsformen der Krümmungsradius des Beschränkungsbereichs 162 kleiner als der Krümmungsradius der inneren Wand 115. Bei einigen Ausführungsformen ist der Kanal ein polygonal-geformter Kanal, beispielsweise ein im Wesentlichen rechteckiger oder quadratischer Kanal. Andere Querschnittsformen können ebenfalls für den konstant beschränkenden Injektor 110 in Erwägung gezogen werden, um die Beschränkungspassage 158 an der inneren Wand 116 zu bilden und einen Druckabfall über die Beschränkungspassage 158 zu erzeugen.
Die Oberflächenform des Beschränkungsbereichs 162 und der Kontur der inneren Wand 115 bilden zusammen die Beschränkungspassage 158. In 3 ist die Beschränkungspassage 158 mit halbkreisförmigem Querschnitt durch einen ersten Radius, der durch die innere Wand 115 gebildet wird, und eine flache Oberfläche des inneren Bereiches 130 wie gewünscht definiert. Bei einigen Ausführungsformen ist die Beschränkungspassage 158 durch den ersten Radius, der durch die innere Wand 115 gebildet wird, und eine Oberflächenkontur des longitudinalen Kanals, beispielsweise eines im Wesentlichen rechteckigen oder halbkugelförmigen Kanals, gebildet.
Die Form des Beschränkungsbereichs 162 kann optional zwei verschiedene Arten an Kraftstoffinjektoren erzeugen, einen konstant beschränkenden Injektor 110 (welcher auch als ein mit konstanter Kraft vorgeladener Injektor bezeichnet wird) und ein variabel beschränkender Injektor 510 (welcher auch als ein mit variabler Kraft vorgeladener Injektor bezeichnet wird). Bei dem konstant beschränkenden Injektor hat der Beschränkungsbereich 162 eine gleichförmige Geometrie oder Querschnittsform entlang einer Longitudinallänge des inneren Bereiches 130, wie in den 2 bis 4 gezeigt. Hierbei kann bei einigen Ausführungsformen die Beschränkungspassage 158 eine konstante Querschnittsfläche beibehalten, unabhängig von der Nadelventilposition, gemäß einigen Ausführungsformen. Der konstant beschränkende Injektor 110 ist dazu eingerichtet, Betriebszonen innerhalb des Hohlraums 14 zu erzeugen, in welchen sich das Nadelventil 116 axial bewegen kann, ohne wesentlich die Beschränkungsgröße und die Größe der Vorspannungskraft zu verändern.
Im Gegensatz zu dem konstant beschränkenden Injektor ist der variabel beschränkende Injektor 510 dazu eingerichtet, Betriebszonen zu erzeugen, in welchen die Beschränkungsgröße und die Größe der Vorspannungskraft sich ändern, während sich das Nadelventil 116 axial innerhalb des Injektorhohlraums 114 bewegt. Bei dem variabel beschränkenden Injektor 510, welcher in nachstehenden Abschnitten zu den 9 bis 12 diskutiert werden wird, hat der Beschränkungsbereich 162 eine Geometrie oder Querschnittsform, welche entlang zumindest einem Abschnitt der Longitudinallänge des inneren Bereiches 130 variiert.
Es kann mehrere Faktoren zum Bestimmen einer geeigneten Longitudinallänge des Beschränkungsbereiches 162 geben. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Beschränkungsbereich 162 irgendeine geeignete Länge haben, welche kompatibel ist mit einer einzigen, mehreren oder allen Injektorarten und -größen. Bei einigen Ausführungsformen basiert die Longitudinallänge auf geeigneten Herstellungsund/oder Betriebsfaktoren und -toleranzen. Beispielsweise ist bei einigen Ausführungsformen eine geeignete Longitudinallänge des Beschränkungsbereiches 162 herstellungsmäßig reproduzierbar und/oder messbar. Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Länge des Beschränkungsbereiches 162 dazu gestaltet, die Größe der Beschränkung (zum Beispiel den Druckabfall) für eine Spanne von Kraftstoffviskositäten anzupassen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Beschränkungsbereich 162 Longitudinallängen in dem Bereich von beispielsweise ungefähr 1,0 mm bis 10 mm haben. Geeignete Längenbereiche umfassen auch beispielsweise 1,0 mm bis 8 mm, ungefähr 1 mm bis 5 mm oder ungefähr 1,0 mm bis 2,0 mm.
Bei einigen Ausführungsformen hängt die Longitudinallänge des Beschränkungsbereichs 162 für einen variabel beschränkenden Injektor 510 ab von der axialen Bewegungslänge des Nadelventils von einer geschlossen zu einer geöffneten Position. Beispielsweise ist bei verschiedenen Ausführungsformen der Beschränkungsbereich 162 gleich (oder ähnlich) oder größer als die axiale Bewegungslänge des Nadelventils von der geschlossen zu der offenen Position.
Es kann mehrere Faktoren zum Bestimmen einer geeigneten Tiefe des longitudinalen Kanals geben. Die Tiefe des longitudinalen Kanals kann definiert sein als ein Radiallängenunterschied zwischen einem Bereich des inneren Bereiches 130 mit dem Kanal und einem Bereich des inneren Bereiches 130 ohne den Kanal. Der longitudinale Kanal kann irgendeine geeignete Tiefe haben, welch dazu gestaltet ist, eine Größe der Beschränkung (zum Beispiel einen Druckabfall) und eine Größe der Schließkraft (Fc) bei einem bestimmten, mehreren oder allen Betriebszuständen des Kraftstoffinjektors zu beeinflussen. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist eine geeignete Tiefe kompatibel mit einer einzigen, mehreren oder allen Injektorarten und -größen. Bei einigen Ausführungsformen basiert die Eignung der Tiefe auf Herstellungs- und/oder Betriebsfaktoren und -toleranzen. Beispielsweise ist bei einigen Ausführungsformen eine geeignete Tiefe des Beschränkungsbereiches 162 herstellungsmäßig reproduzierbar und/oder messbar.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Beschränkungsbereich 162 eine Tiefe in dem Intervall von beispielsweise ungefähr 0,20 mm bis 3,0 mm haben. Geeignete Längenintervalle umfassen auch beispielsweise ungefähr 0,20 mm bis 1,50 mm, ungefähr 0,80 mm bis 1,30 mm oder ungefähr 0,30 mm bis 0,50 mm.
Bei 4 ist der Freiraumbereich 164 eine flache Oberfläche, welche eine Freiraumfläche 154 bildet (welche auch als eine Passage oder ein Hohlraum bezeichnet wird), die einen halbkreisförmigen Querschnitt hat. Der Freiraumbereich 164 befindet sich um die äußere Oberfläche des inneren Bereiches 130 entlang einer Longitudinallänge des inneren Bereiches 130, wie gewünscht. Der Freiraumbereich 164 befindet sich umfangsmäßig neben dem Führungsbereich 160 des Nadelventils 116, gemäß einigen Ausführungsformen. Der Freiraumbereich 164 kann optional eine oder mehrere Oberflächenformen umfassen, welche wiederum eine Freiraumfläche 154 einer anderen Querschnittsgeometrie bilden. Beispielhafte Querschnittsgeometrien der Freiraumfläche 154 umfassen einen halbkreisförmigen (auch als konkav oder halbkugelförmig bezeichnet), ovalen oder polygonalen Querschnitt, sind aber nicht hierauf beschränkt.
Die 5 und 6 zeigen schematische Longitudinalschnittansichten einer dritten Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors 210 in einer geschlossenen beziehungsweise einer geöffneten Position gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, ist die dritte Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 210 ein konstant beschränkender Kraftstoffinjektor, welcher im Wesentlichen ein Nadelventil 216 umfasst, welches innerhalb einer Düse 213 angeordnet ist, welche eine innere Wand 215 hat und die Longitudinalachse X1 definiert. Wie dargestellt, sind die dritte Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 210 und die zuvor diskutierten Ausführungsformen des Kraftstoffinjektors 110, 10 optional im Wesentlichen gleich und daher sind verschiedene Eigenschaften der dritten Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 210 im Zusammenhang mit den zuvor diskutierten Kraftstoffinjektoren 110, 10 beschrieben. Anders als die erste und die zweite Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 10, 110, umfasst die dritte Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 210 das Nadelventil 216, welches eine Mehrzahl an Führungsbereichen 260 und Freiraumbereichen 264 hat.
Bei den 5 und 6 umfasst ein innerer Bereich 230 der dritten Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 210 eine Mehrzahl an Führungsbereichen 260 an verschiedenen longitudinalen Orten entlang dem inneren Bereich 230. Beispielsweise kann der Umfang des Nadelventils 216 einen ersten Führungsbereich 260 umfassen, welcher sich umfangsmäßig neben einem Beschränkungsbereich 262 an einem ersten longitudinalen Ort befindet, und einen zweiten Führungsbereich 260 umfangsmäßig neben einem Freiraumbereich 264 an einem anderen longitudinalen Ort. Bei einigen Ausführungsformen sind eine Mehrzahl an diskreten Führungsbereichen 260 longitudinal getrennt durch den Freiraumbereich 264 entlang der Länge des inneren Bereiches 230. Bei einigen Ausführungsformen befinden sich der erste und der zweite Führungsbereich 260 umfangsmäßig um die äußere Oberfläche des inneren Bereiches 230, sodass der erste Führungsbereich 260 180° zu dem zweiten Führungsbereich 260 steht, um zu verhindern, das sich das Nadelventil 216 während einer Nadelventilbetätigung lateral bewegt. Eine Mehrzahl an Führungsbereichen 160 kann die Anpassung des Nadelventils 216 innerhalb eines Injektorhohlraums 214 während einer Hin- und Herbewegung verbessern.
Wie auch in den 5 und 6 gezeigt, umfasst der innere Bereich 230 einen Freiraumbereich 264 mit einer variierenden Geometrie axial entlang einer gegebenen Länge des inneren Bereiches 230. Bei einigen Ausführungsformen bildet der Freiraumbereich 264 mit einem variierenden Querschnitt eine Freiraumfläche 254, die eine variierende Querschnittsfläche entlang zumindest einem Bereich des Nadelventils 216 in der Longitudinalrichtung hat. Mit anderen Worten umfasst der Freiraubereich 264 einen variierenden Oberflächenbereich oder eine variierende Oberflächenkontur entlang zumindest einem Bereich der Länge des Nadelventils 216. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Freiraumbereich 264 eine Gesamtumfangsoberfläche des inneren Bereiches 230 entlang zumindest einem Bereich einer Longitudinallänge des Nadelventils 216. Anders ausgedrückt, ist der Freiraumbereich 264 eine kreisförmige Querschnittsoberfläche, welche eine ringförmige Freiraumfläche 254 zwischen dem inneren Bereich 230 und der inneren Wand 215 des Injektorhohlraums 214 gemäß einigen Ausführungsformen bildet.
Die 7 und 8 sind schematische Queransichten einer vierten beziehungsweise fünften Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors 310, 410 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, sind verschiedene Ausführungsformen, die in der vierten und fünften Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 310, 410 gezeigt sind, und die zuvor diskutierten Ausführungsformen des Kraftstoffinjektors 210, 110, 10 optional im Wesentlichen gleich und daher sind verschiedene Eigenschaften der vierten und der fünften Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 310, 410 im Zusammenhang mit den zuvor diskutierten Kraftstoffinjektorausführungsformen beschrieben. Wie dargestellt, umfassen beispielsweise die vierte und die fünfte Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 310, 410 eine Düse 313, 314, welche im Wesentlichen gleich der Düse 13, 110, 213 der zuvor diskutierten Ausführungsformen des Kraftstoffinjektors 10, 110, 210 ist. Der Unterschied zwischen den vorliegenden Ausführungsformen des Kraftstoffinjektors 310, 410 und den anderen diskutierten Ausführungsformen liegt in dem Design eines inneren Bereiches 330, 430, insbesondere des inneren Bereiches 330, 430, welcher die Beschränkungspassagen 358, 458 bildet.
Bei den 7 und 8 kann der innere Bereich 330, 430 eine Mehrzahl an Beschränkungsbereichen 362, 462 umfassen, welche umfangsmäßig beabstandet um die äußere Oberfläche des inneren Bereiches 330, 430 sind. Die Mehrzahl an Beschränkungsbereichen 362, 462 befinden sich optional an umfangsmäßig beabstandeten Orten um die äußere Oberfläche eines Nadelventils 316, 416. Bei einigen Ausführungsformen sind die Beschränkungsbereiche 362, 462 in gleichem Abstand um die äußere Oberfläche des Nadelventils 316, 416 beabstandet. Bei anderen Ausführungsformen sind die Beschränkungsbereiche 362, 462 zufällig beabstandet um die äußere Oberfläche des inneren Bereiches 330, 430 angeordnet. Ein mehrfaches Duplizieren der Beschränkungsbereiche 362, 462 um den Umfang des Nadelventils 316, 416 herum dient dem Bereitstellen einer umfangsmäßig besser balancierten Nadel 316, 416.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst der innere Bereich 330, 430 eine Mehrzahl an Beschränkungsbereichen 362, 462 mit verschiedenen Querschnittsformen, welche zuvor hier beschrieben worden sind. Bei 7 umfasst die vierte Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 310 eine Mehrzahl an Beschränkungsbereichen 362, welche eine Mehrzahl an flachen Oberflächen an umfangsmäßig beabstandeten Orten um den inneren Bereich 330 bilden.
Alternativ bildet bei einigen Ausführungsformen eine Mehrzahl an Beschränkungsbereichen 362 eine Mehrzahl an longitudinalen Kanälen. Bei 8 umfasst die fünfte Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 410 die Mehrzahl an konkaven Beschränkungsbereichen 462, welche die Mehrzahl an halbkugelförmigen Kanälen an umfangsmäßig beabstandeten Orten um den inneren Bereich 430 bilden. Die Mehrzahl an Kanälen umfasst optional verschiedene Kanalformen, beispielsweise einen halbkugelförmigen Kanal oder einen polygonal geformten Kanal, wie zuvor hierin beschrieben.
Eine Mehrzahl an Beschränkungsbereichen 362, 462 bildet eine Mehrzahl an Beschränkungspassagen 358, 458, wobei die Form und Größe von jeder Beschränkungspassage von der Geometrie des Beschränkungsbereiches 362, 462 und der Kontur einer inneren Wand 315, 415 eines Injektorhohlraums 314, 414 abhängt. Die Beschränkungspassage umfasst optional verschiedene Formen und Größen, beispielsweise eine halbkreisförmige Passage 458 und andere Querschnittsformen, wie zuvor hierin beschrieben. Bei einigen Ausführungsformen hat jede der Beschränkungspassagen 358, 458 einen konstanten Querschnitt zwischen dem Nadelventil 316, 416 und der Hohlraumwand 15. Bei einigen Ausführungsformen hat zumindest eine aus der Mehrzahl an Beschränkungspassagen 358, 458 einen variierenden Querschnitt zwischen dem Nadelventil 316, 416 und der Hohlraumwand 315, 415.
Das Nadelventil 316, 416 hat optional auch eine Mehrzahl an Führungsbereichen 360, 460, welche umfangsmäßig beabstandet um den inneren Bereich 330, 430 angeordnet sind. Mit anderen Worten hat das Nadelventil 316, 416 optional eine Mehrzahl an Führungsbereichen 360, 460 an umfangsmäßig beabstandeten Orten um die äußere Oberfläche des Nadelventils 316, 416. Bei einigen Ausführungsformen sind die Führungsbereiche 360, 460 in gleichem Abstand um die äußere Oberfläche des Nadelventils, 316, 416 beabstandet. Bei anderen Ausführungsformen sind die Führungsbereiche 360, 460 zufällig um die äußere Oberfläche des inneren Bereiches 330, 430 beabstandet.
Die 9 und 10 sind schematische Longitudinalschnittansichten einer sechsten Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 510, welcher auch als der variabel beschränkender Injektor beschrieben wird, in der geschlossenen beziehungsweise in der geöffneten Position, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, sind verschiedene Ausführungen, die bei der sechsten Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 510 und den zuvor diskutierten Kraftstoffinjektoren 410, 310, 210, 110, 10 diskutiert wurden, optional im Wesentlichen gleich und daher sind verschiedene Merkmale der sechsten Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 510 im Zusammenhang mit dem zuvor diskutierten Kraftstoffinjektoren beschrieben. Im Unterschied zu den zuvor diskutierten Kraftstoffinjektoren umfasst die sechsten Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 510 einen inneren Bereich 530 mit einem Beschränkungsbereich 562, der zum Variieren einer Beschränkungspassage 558 als eine Funktion der Nadelventilposition gestaltet ist. Hierbei kann der variabel beschränkende Injektor 510 eine variable Injektionsratengestaltung bereitstellen, das heißt eine Änderung der Kraftstoffinjektionsströmungsrate während einem Einspritzen zum Verbessern der Motor-Performance und zum Verringern von Emissionen.
Wie in den 9 und 10 gezeigt, umfasst der variabel beschränkende Injektor 510 den Beschränkungsbereich 562, welcher eine variable Strömung und einen Druckabfall als eine Funktion der Nadelventilposition innerhalb einer Düse 513 bereitstellt. Der Beschränkungsbereich 562 einer gegebenen Oberflächenform, wie es hierin zuvor diskutiert ist, ändert optional eine radiale Abmessung R des inneren Bereiches 530 entlang den verschiedenen longitudinalen Orten entlang dem inneren Bereich 530. Bei einigen Ausführungsformen vergrößert oder verkleinert der Beschränkungsbereich 532 die radiale Abmessung R des inneren Bereiches 530 in einer axialen Richtung zu einer oder mehreren Injektoröffnungen 542 hin. Mit anderen Worten ist die radiale Abmessung R des Beschränkungsbereiches 562 an einem ersten axialen Ort P1 kleiner als oder größer als die radiale Abmessung R an einem zweiten axialen Ort P2, wobei der zweite axiale Ort P2 näher an den Injektoröffnungen 542 ist als der erste axiale Ort P1.
Die 11 und 12 sind vergrößerte schematische Schnittansichten des variabel beschränkenden Injektors 510 in der geschlossenen beziehungsweise in der geöffneten Position gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wenn sich der Injektor 510 in der geschlossenen Position befindet (11), ist der erste axiale Ort P1 des Beschränkungsbereiches 562 zu dem ersten Ende 580 der Düse 513 ausgerichtet, was einen ersten Beschränkungspassagenbereich A1 zwischen der äußeren Oberfläche eines Nadelventils 516 und einer inneren Wand 515 eines Injektorhohlraums 514 an der Düse 513 erzeugt. Wenn sich der Injektor 510 in der offenen Position befindet (12), ist der zweite axiale Ort P2 des Beschränkungsbereiches 562 zu dem ersten Ende 580 der Düse 513 ausgerichtet, was einen zweiten Beschränkungspassagenbereich A2 zwischen der äußeren Oberfläche des Nadelventils 516 und der inneren Wand 515 der Düse 513 erzeugt. Hierbei ändert sich die Querschnittsfläche der Beschränkungspassage 558 zwischen dem Nadelventil 516 und der inneren Wand 515, während sich das Nadelventil 516 axial innerhalb des Injektorhohlraums 514 bewegt. Bei einigen Ausführungsformen vergrößert sich die Querschnittsfläche der Beschränkungspassage 558, während sich die Nadel von einer geschlossenen Position zu der geöffneten Position bewegt, womit der erste Beschränkungspassagenbereich A1 kleiner ist als der zweite Beschränkungspassagenbereich A2. Bei einigen Ausführungsformen ist die Änderung der Querschnittsflächen der Beschränkungspassage 558 zwischen den axialen Orten P1, P2 ein allmählicher, glatter Übergang. Beispielsweise bildet bei den 9 bis 12 der Beschränkungsbereich 562 ein angeschrägtes Profil in der axialen Richtung entlang einer Länge des inneren Bereiches 530. Bei anderen Ausführungsformen gibt es eine abrupte Änderung in der Querschnittsfläche der Beschränkungspassage 558 zwischen zwei axialen Orten P1, P2. Beispielsweise kann der Beschränkungsbereich 562 ein gestuftes Profil umfassen, welches mehrere flache Oberflächen mit verschiedenen radialen Abmessungen an zwei oder mehr als zwei axialen Orten entlang dem inneren Bereich 530 hat.
Die Gestaltung der variablen Beschränkung umfasst optional einen Beschränkungsbereich 562 mit einem einzigen oder mehreren Spalten oder Kanälen von beliebiger axialer Länge, welche erforderlich ist, um die Größe der Beschränkung als eine Funktion des Nadelhubs zu ändern. Bei einigen Ausführungsformen hat der innere Bereich 530 axial entlang des inneren Bereiches 530 einen Übergang von einem Kanal auf mehrere Kanäle. Der Beschränkungsbereich 562 ist optional mehrfach um den Umfang des Nadelventils 516 dupliziert, um ein umfangsmäßig besser balanciertes Nadelventil 516 bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung bietet optional eine Herstellungseffizienz, welche komplexe Bearbeitungserfordernisse zum Erreichen gewünschter Performance-Eigenschaften des Kraftstoffstroms minimiert. Die vorliegende Erfindung kann eine weniger teure Injektordesignmöglichkeit bieten, weil allein das Nadelventil Modifikationen bedarf. Dabei minimiert die vorliegende Erfindung die Notwendigkeit, eine Düse mit einem nach innen hervorstehenden Durchmesser zum Erzeugen eines Führungsabschnittes zu verwenden. Die vorliegende Erfindung minimiert auch die Notwendigkeit von komplizierter Bohr- und komplexer Herstellungsausrüstung und -verarbeitung. Daher kann die vorliegende Erfindung die Herstellungskosten, die Herstellungszeit und die Verarbeitungskosten reduzieren.
Die vorliegende Erfindung kann eine vereinfachte Verstärkungsöffnungsgestaltung für Common-Rail-Injektoren bereitstellen. Außerdem können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein einfacheres Design für individuelle Öffnungsabmessungen zum Erreichen einer bestimmten Injektorausgabe bereitstellen oder für eine bestimmte Injektoranwendung die Möglichkeit erschaffen.
Die vorliegende Erfindung kann die Performance des Common-Rail-Kraftstoffsystems verbessern, beispielsweise durch Bereitstellen einer variablen Injektionsratengestaltung, welche verwendet werden kann zu Verbesserungen der Motor-Performance und Verringerungen von Emissionen.
Es ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung auf alle Verbrennungsmotoren anwendbar ist, die ein Kraftstoffinjektionssystem verwenden, und auf alle Injektoren mit geschlossener Düse, was Einheitsinjektoren umfasst. Diese Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Dieselmotoren, welche eine genaue Steuerung der Kraftstoffinjektionsrate erfordern. Solche Verbrennungsmotoren, welche einen Kraftstoffinjektor gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen, können vielfältig in allen industriellen Gebieten und nicht-kommerziellen Anwendungen genutzt werden, was Lastkraftwagen, Personenkraftwagen, Industrieausrüstung, ortsfeste Kraftwerksanlagen und Weiteres umfasst.
Verschiedene Modifikationen und Erweiterungen können an den diskutierten beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Während die oben beschriebenen Ausführungsformen sich auf bestimmte Eigenschaften beziehen, umfasst der Umfang dieser Erfindung zum Beispiel auch Ausführungsformen, welche verschiedene Kombinationen an Merkmalen aufweisen, und Ausführungsformen, welche nicht alle der beschriebenen Merkmale aufweisen. Demgemäß soll der Umfang der vorliegenden Erfindung auch alle solche Alternativen, Modifikationen und Variationen umfassen, wie sie in den Umfang der Ansprüche fallen, zusammen mit allen Äquivalenten davon.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6499467 [0016]

Claims

Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff bei Hochdruck in die Verbrennungskammer eines Motors, umfassend: einen Injektorkörper mit: – einem Injektorhohlraum, welcher eine innere Wand und eine Longitudinalachse definiert, und – einer Injektoröffnung, welche mit einem Ende des Injektorhohlraums zum Ausgeben von Kraftstoff verbunden ist; einen Kolben, der verschiebbar innerhalb des Injektorhohlraums neben der Injektoröffnung angeordnet ist, wobei der Kolben einen äußeren Bereich und einen inneren Bereich an verschiedenen Orten longitudinal entlang des Kolbens aufweist, wobei der äußere Bereich eine erste Querschnittsfläche hat, wobei der innere Bereich eine zweite Querschnittsfläche hat, welche größer ist als die erste Querschnittsfläche, und eine Mehrzahl an Oberflächenbereichen, umfassend: – einen Führungsbereich, der dazu gestaltet ist, mit der inneren Wand des Injektorhohlraums im Wesentlichen zusammenzupassen, was den Kolben zum gleitenden Bewegen in einer Richtung entlang der Longitudinalachse führt und im Wesentlichen verhindert, dass der Kolben sich innerhalb des Injektorhohlraums lateral versetzt; und – einen Beschränkungsbereich, der dazu gestaltet ist, einen Beschränkungshohlraum zwischen einer äußeren Oberfläche des inneren Bereiches und der inneren Wand des Injektorhohlraums entlang einer Länge des inneren Bereiches zu bilden zum Erzeugen eines Druckabfalls entlang des Beschränkungshohlraums und zum Vorbelasten der Nadel zu der geschlossenen Position hin; und ein Betätigungssystem zum Steuern der Bewegung des Kolbens zwischen der offenen und der geschlossenen Position.
Injektor nach Anspruch 1, wobei der Beschränkungsbereich eine gleichförmige Geometrie entlang einer Longitudinallänge des inneren Bereiches hat.
Injektor nach Anspruch 2, wobei der Beschränkungsbereich eine gleichförmige Geometrie entlang einer gesamten Longitudinallänge des inneren Bereiches hat.
Injektor nach Anspruch 1, wobei der Beschränkungsbereich eine konkave Oberfläche ist, welche einen longitudinalen Kanal bildet.
Injektor nach Anspruch 4, wobei der longitudinale Kanal ein halbkugelförmiger Kanal ist.
Injektor nach Anspruch 1, wobei der Beschränkungsbereich mit einer ebenen Oberfläche die Beschränkungspassage mit einem nicht-ringförmigen Querschnitt zwischen der äußeren Oberfläche des Nadelventils und der inneren Wand des Injektorhohlraums bildet.
Injektor nach Anspruch 6, wobei die Beschränkungspassage einen halbkreisförmigen Querschnitt hat.
Injektor nach Anspruch 1, wobei eine Oberflächenform des Beschränkungsbereiches und eine Kontur der inneren Wand die Beschränkungspassage bilden.
Injektor nach Anspruch 8, wobei die Oberflächenform des Beschränkungsbereiches und die Kontur der inneren Wand die Beschränkungspassage bilden, welche eine konstante Querschnittsfläche hat, unabhängig von einer Nadelventilposition.
Injektor nach Anspruch 1, wobei das Nadelventil dazu eingerichtet ist, Betriebszonen innerhalb des Hohlraums zu erzeugen, in welchen sich das Nadelventil axial bewegen kann, ohne die Beschränkungsgröße und die Vorbelastungskraftgröße wesentlich zu ändern.
Injektor nach Anspruch 1, wobei der Führungsbereich einen kreisförmigen Oberflächenbereich bildet, welcher mit einer komplementären Oberfläche der inneren Wand zusammenpasst.
Injektor nach Anspruch 1, wobei der Beschränkungsbereich eine Geometrie hat, welche sich entlang der axialen Länge des inneren Bereiches verändert.
Injektor nach Anspruch 1, wobei der Führungsbereich mindestens zwei Kontaktpunkte umfasst, wobei die zwei Kontaktpunkte um 180° getrennt sind, um zu verhindern, dass sich das Nadelventil während einer Nadelventilbetätigung lateral versetzt.
Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff bei Hochdruck in die Verbrennungskammer eines Motors, umfassend: einen Injektorkörper mit: – einem Injektorhohlraum, welcher eine innere Wand und eine Longitudinalachse definiert; einen Kolben, der verschiebbar innerhalb des Injektorhohlraums angeordnet ist und einen äußeren Bereich und einen inneren Bereich an verschiedenen Orten longitudinal entlang des Kolbens aufweist, wobei der äußere Bereich eine erste Querschnittsfläche hat, wobei der innere Bereich eine zweite Querschnittsfläche hat, welche größer ist als die erste Querschnittsfläche, und eine Mehrzahl an Oberflächenbereichen, umfassend: – einen Führungsbereich, der dazu gestaltet ist, mit der inneren Wand des Injektorhohlraums im Wesentlichen zusammenzupassen, was dem Kolben ermöglicht, sich in einer Richtung entlang der Longitudinalachse gleitend zu bewegen, und im Wesentlichen verhindert, dass der Kolben sich innerhalb des Injektorhohlraums lateral versetzt; und – einen Beschränkungsbereich, der dazu gestaltet ist, einen Beschränkungshohlraum zwischen einer äußeren Oberfläche des inneren Bereiches und der inneren Wand des Injektorhohlraums entlang einer Länge des inneren Bereiches zu bilden, wobei der Beschränkungsbereich eine gleichförmige Geometrie entlang der Länge des inneren Bereiches hat.
Injektor nach Anspruch 14, wobei der Beschränkungsbereich umfangsmäßig neben dem Führungsbereich des Nadelventils ist.
Injektor nach Anspruch 14, wobei sich der Beschränkungsbereich longitudinal neben einem Freiraumbereich des inneren Bereiches befindet, wobei der Freiraumbereich die Freiraumfläche zwischen der äußeren Oberfläche des inneren Bereiches und der inneren Wand des Injektorhohlraums bildet, welches eine größere Querschnittsfläche hat als die Beschränkungspassage, um Druckverluste in dem Kraftstoffinjektorhohlraum zu minimieren.
Injektor nach Anspruch 16, wobei ein Umfang des Nadelventils einen ersten Führungsbereich umfangsmäßig neben dem Beschränkungsbereich an einem ersten longitudinalen Ort und einen zweiten Führungsbereich umfangsmäßig neben dem Freiraumbereich an einem anderen longitudinalen Ort umfassen kann.
Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff bei Hochdruck in die Verbrennungskammer eines Motors, umfassend: einen Injektorkörper mit: – einem Injektorhohlraum, welcher eine innere Wand und eine Longitudinalachse definiert, und – einer Injektoröffnung, welche mit einem Ende des Injektorhohlraums zum Ausgeben von Kraftstoff verbunden ist; einen Kolben, der verschiebbar innerhalb des Injektorhohlraums angeordnet ist und einen äußeren Bereich und einen inneren Bereich an verschiedenen Orten longitudinal entlang des Kolbens aufweist, wobei der äußere Bereich eine erste Querschnittsfläche hat, wobei der innere Bereich eine zweite Querschnittsfläche hat, welche größer ist als die erste Querschnittsfläche, und eine Mehrzahl an Oberflächenbereichen, umfassend: – einen Führungsbereich, der dazu gestaltet ist, mit der inneren Wand des Injektorhohlraums im Wesentlichen zusammenzupassen, was dem Kolben ermöglicht, sich in einer Richtung entlang der Longitudinalachse gleitend zu bewegen, aber im Wesentlichen verhindert, dass der Kolben sich innerhalb des Injektorhohlraums lateral versetzt; und – einen Beschränkungsbereich, der dazu gestaltet ist, einen Beschränkungshohlraum zwischen einer äußeren Oberfläche des inneren Bereiches und der inneren Wand des Injektorhohlraums entlang einer Länge des inneren Bereiches zu bilden, wobei der Beschränkungsbereich eine Radialabmessung des inneren Bereiches entlang verschiedenen longitudinalen Orten entlang dem inneren Bereich ändert.
Injektor nach Anspruch 18, wobei der Beschränkungsbereich die Radialabmessung des inneren Bereiches in einer axialen Richtung zu der Injektoröffnung hin vergrößert.
Injektor nach Anspruch 18, wobei der Beschränkungsbereich die Radialabmessung des inneren Bereiches in einer axialen Richtung zu der Injektoröffnung hin verkleinert.
Injektor nach Anspruch 18, wobei der Beschränkungsbereich ein konisches Profil in einer axialen Richtung entlang dem inneren Bereich bildet.
Injektor nach Anspruch 18, wobei eine erste Radialabmessung an einem ersten Ende des Beschränkungsbereiches kleiner ist als eine zweite Radialabmessung an einem zweiten Ende des Beschränkungsbereiches.