DE10256443A1

DE10256443A1 - Düseneinsatz für Brennstoffeinspritzvorrichtungen mit Dualbetriebsart

Info

Publication number: DE10256443A1
Application number: DE10256443A
Authority: DE
Inventors: Joseph Angelino; Charles E Bates; Colby Buckman; Iii Clifford E Cotton; Scott F Shafer; Alan R Stockner; Jay E Tomaseski
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2003-07-10
Also published as: US6886762B2; US20030116660A1

Abstract

Ein Düseneinsatz ist in der Lage in irreversibler Weise an einem Nadelventilrohr befestigt zu werden, so dass sich das ergebende Nadelventilglied in einer Nadelventilkonfiguration für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Dualbetriebsart untergebracht werden kann.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Brennstoffeinspritzvorrichtungen die in der Lage sind zwei Einspritzbetriebsarten (Dualbetriebsarten) vorzusehen und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Nadelventildüseneinsatz der für eine derartige Dualbetriebsarteinspritzvorrichtung verwendbar ist.

Hintergrund

Um Emissionen zu vermindern und um die strikten Normen für saubere Luft zu erfüllen begannen die Hersteller verschiedener Dieselmotorkomponenten eine alternative Motorstrategie zu erforschen, die im allgemeinen als eine homogene Ladungskompressionszündung (homogenous charge compression iginition = HCCI) bezeichnet wird. Eine HCCI-Einspritzung unterscheidet sich von einer traditionellen Dieseleinspritzung insofern, als eine HCCI- Einspritzung Kraftstoff in den Motorzylinder nahe dem unteren Todpunkt des Kompressionshubs einspritzt, und zwar im Gegensatz zu einer Einspritzung nahe dem oberen Todpunkt, wie dies bei dem konventionellen Dieselbetrieb der Fall ist. Diese Betriebseinstellung gestattet, dass der Dieselkraftstoff und die Luft eine relativ magere homogene Mischung anders als bei einem traditionellen Einspritzsystem bilden. Wissenschaftliche Forschung fand heraus, dass die sich ergebende homogene Mischung sauberer und effizienter verbrennt. Gleichzeitig entdeckten Ingenieure, dass eine HCCI-Einspritzung ihre Effizienzvorteile dann verlor, wenn der Motor unter größeren Lastbedingungen betrieben wurde und die traditionelle Einspritzstrategie schien unter derartigen großen Lastumständen die bevorzugtere.

Basierend auf ingenieurmäßiger und wissenschaftlicher Forschung lehrte die HCCI-Forschung die Verwendung von zwei gesonderten Brennstoffeinspritzvorrichtungen, eine für die traditionelle Dieselzündung bei hohen Lastbedingungen und eine für die HCCI-Einspritzung bei niedrigen Lastbedingungen. Obwohl zwei Einspritzvorrichtungen einen Betrieb mit zwei Betriebsarten ermöglichen, wird man doch ohne Weiteres erkennen, dass es vorteilhaft wäre eine einzige Brennstoffeinspritzvorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist sowohl eine HCCI- als auch eine traditionelle Einspritzung vorzunehmen, da weniger Komponenten erforderlich wären, die einem Ausfall oder einer Fehlfunktion ausgesetzt sind. Es ergab sich daher ein Bedürfnis eine Brennstoffeinspritzvorrichtung zu schaffen, die die Kraftstoffeinspritzung in den Motorzylinder erleichtern wird, und zwar sowohl bei traditionellen als auch bei HCCI- Kraftstoffeinspritzvorgängen.

Eine bekannte Strategie für die Verwendung einer Dualbetriebsarteinspritzvorrichtung wird mit einer eingesetzten Nadelanordnung oder einer dualen konzentrischen Nadelanordnung erreicht. Eine eingesetzte (nested) Nadelanordnung hat sich als problematisch herausgestellt, weil Ingenieure feststellten, dass das Bohren eines Loches mit der notwendigen Länge und dem notwendigen Durchmesser und auch das Schleifen des entsprechenden Ventilsitzes tief innerhalb der Bohrung schier unmöglich mit konventionellen Bearbeitungstechniken zu erreichen war.

Bekannter Stand der Technik auf diesem Gebiet ist in US-Patent 4,856,713, ausgegeben an Burnett am 15. August 1989, beschrieben, wobei dieses Patent "dual fuel injector" betitelt ist. Dieses Patent lehrt eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die in der Lage ist sowohl flüssige als auch schlammige Brennstoffe einzuspritzen. Um diese Aufgabe zu erfüllen, sind zwei definierte Sätze von Öffnungen in der Brennstoffeinspritzung hergestellt, eine für flüssigen Kraftstoff und eine für schlammigen Kraftstoff. Die zwei fertigen Öffnungen wurden erreicht durch gewindemäßige Kupplung einer ersetzbaren Spitze mit dem Auslassende einer Düsenventilstruktur. Die ersetzbare Spitze enthielt einen Auslass, eine äußere Ventiloberfläche und einen inneren Ventilsitz.

Burnett lehrte, dass das Verschrauben einer ersetzbaren Spitze mit der Ventilstruktur für eine leichte Entfernung und einen Ersatz des Spitzenabschnitts verwendbar ist.

Die Einspritzvorrichtung die von Burnett gelehrt wird, ist für Dieselmotoren die unter hohem Druck arbeiten und gut gefilterten Dieselkraftstoff benötigen nicht brauchbar. Eine Gewindeverbindung ist infolge ihrer Natur nicht in der Lage zuverlässig eine ordnungsgemäße Mittellinienausrichtung zu erreichen, die für diese Art einer Brennstoffeinspritzung erforderlich ist, die sehr enge Durchmesserabstände zwischen ihren sich bewegen Teilen erforderlich macht. Eine Gewindeverbindung ist nicht eine dauerhafte Verbindung; die gewindemäßige Verbindung von zusammenpassenden Abschnitten erfordert winzige Öffnungen und Unregelmäßigkeiten, so dass die zwei Abschnitte aneinander angebracht und ohne große Schwierigkeit voneinander getrennt werden können. Ferner muss eine Dualkraftstoffeinspritzvorrichtung dieser Bauart entlang einer Mittelachse zentriert sein. Jedwede Unterbrechung bei der Konzentrizität könnte eine Fehlfunktion des Kraftstoffeinspritzprozesses zur Folge haben, wie beispielsweise eine verklemmte oder steckengebliebene Nadel. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass ein mit Gewinde versehenes Modell infolge seiner Natur nicht sicherstellen kann, dass das Nadelventil konzentrisch ist. Daher ist die Lehre einer Gewindeverbindung und der Entfernbarkeit für die Bauart der Dualkraftstoffeinspritzvorrichtungen wie sie für Destillatdieselkraftstoffeinspritzsysteme mit reinem Dieselkraftstoff erforderlich sind, nicht brauchbar.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Überwindung eines oder mehrere der oben genannten Probleme.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Kraftstoffeinspritzdüseneinsatz einen Metallkörper auf mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende von dem zweiten Ende durch eine Umfangsseitenoberfläche getrennt ist, und wobei ferner mindestens ein Düsenauslaß vorgesehen ist, der sich durch das erste Ende öffnet und mindestens einen Durchlass der sich durch das zweite Ende öffnet. Ein Teil des mindestens einen Durchlasses ist ein ringförmiger Ventilsitz am Metallkörper. Die umfangsmäßige Seitenoberfläche weist eine ringförmige Ventiloberfläche auf, und zwar positioniert zwischen einer ersten zylindrischen Oberfläche und einer zweiten zylindrischen Oberfläche.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Nadelventilglied für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einen Düseneinsatz und ein Rohr auf. Der Düseneinsatz besitzt eine äußere Ventiloberfläche, einen inneren Ventilsitz und mindestens einen Düsenauslaß. Das Rohr ist in irreversibler Weise an dem Düseneinsatz angebracht.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung eines Nadelventilglieds für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vor, wobei das Verfahren den Schritt des Formens eines Düseneinsatz aufweist, und zwar mit Einschuss eines Ringventilsitzes und einer Ringventiloberfläche. Mindestens ein Düsenauslaß ist durch ein Ende des Düseneinsatzes maschinenmäßig bearbeitet. Schließlich wird der Düseneinsatz in irreversibler Weise an einem Rohr befestigt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1a ist eine teilweise geschnittene Ansicht einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung, und zwar sind speziell die Steuerdruckleitungen dargestellt;
Fig. 1b ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Fig. 1a, wobei speziell die Düsenversorgungsleitung gezeigt ist;
Fig. 2 ist eine geschnittene Vorderansicht eines zweiteiligen Nadelventilglieds gemäss der Erfindung;
Fig. 3 ist eine geschnittene Vorderansicht eines nicht auftreffenden Düseneinsatzes gemäss der Erfindung;
Fig. 3b ist eine perspektivische Ansicht des nicht auftreffenden Düseneinsatzes gemäss Fig. 3a;
Fig. 4a ist eine geschnittene Vorderansicht eines auftreffenden Düseneinsatzes gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4b ist eine perspektivische Ansicht des nicht auftreffenden Düseneinsatzes in Fig. 4a;
Fig. 5a ist eine geschnittene Vorderansicht eines auftreffenden Düseneinsatzes unter Verwendung eines Stopfeneinsatzes gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 5b ist eine geschnittene Vorderansicht des Stopfeneinsatzes gemäss Fig. 5a;
Fig. 5c ist eine Draufsicht auf den Stopfeneinsatz der Fig. 5b;
Fig. 6 ist eine Vorderansicht eines auftreffenden Düseneinsatzes gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 7 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines Nadelventilglieds gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung

Was die Fig. 1a bis b anlangt, so zeigen die Schnittansichten eine Dualkraftstoffeinspritzvorrichtung 10. Die Fig. 1a-b zeigen Details der gleichen Dualkraftstoffeinspritzvorrichtung 10 mit der Ausnahme, dass Fig. 1a die Steuerdruckleitungen zeigt, während Fig. 1b den Kraftstoffversorgungsdurchlass zeigt. Die Dualkraftstoffeinspritzvorrichtung 10 ist mit einem Nadelventil 11 dargestellt, welches eine HCCI-Nadelventilglied 12 aufweist, und zwar nestartig untergebracht innerhalb des konventionellen Einspritznadelventilglieds 13. Das konventionelle Nadelventilglied 13 weist einen unteren Teil, als Düseneinsatz 14 bezeichnet, und einen oberen Teil, als Rohr 15 bezeichnet, auf. Das HCCI-Nadelventilglied 12 ist zwischen einer oberen offenen Position und einer unteren geschlossenen Position bewegbar und ist zur geschlossenen Position (wie in den Fig. 1a-b) hin durch eine HCCI- Vorspannfeder 21 vorgespannt. Das konventionelle Nadelventilglied 13 enthält einen Kraftstoffübertragungsdurchlass 35, der den Düsenversorgungsdurchlass 34 und die Kraftstoffunterdrucksetzungskammer 39, die mit dem HCCI-Düsenauslass 16 dann verbindet, wenn das HCCI-Nadelventilglied 12 in seiner offenen Position sich befindet. Der Fachmann erkennt, dass die Unterdrucksetzungskammer 39 durch in gleichermaßen effektive Mittel ersetzt werden könnte, wie sie derzeit bekannt sind oder in der Zukunft vorgesehen werden, und zwar zur Lieferung von Kraftstoff an die HCCI-Düsenauslässe 16 wie beispielsweise eine "common rail" Anordnung. Das HCCI-Nadelventilglied 12 weist einen HCCI-Anschlagstift 22 auf, der die Laufdistanz (Hubweg) zwischen den offenen und geschlossenen Position definiert. Das HCCI- Nadelventilglied 12 weist auch einen Kolbenteil 23 auf, der eine schließende Hydraulikoberfläche 28 vorsieht, und zwar ausgesetzt gegenüber dem Strömungsmitteldruck in einer HCCI-Nadelsteuerkammer 24 die strömungsmittelmäßig mit der HCCI-Steuerdruckleitung 30 verbunden ist. Das HCCI- Nadelventilglied besitzt auch einen Nadelteil 25 der eine sich öffnende hydraulische Oberfläche 27 vorsieht, und zwar ausgesetzt gegenüber dem Strömungsmitteldruck in der HCCI-Düsenkammer 26.
Wenn die HCCI-Steuerkammer 24 einem Hochdruck ausgesetzt ist, und zwar über die HCCI-Steuerdruckleitung 30, so bleibt das HCCI-Nadelventilglied 12 in einer geschlossenen Position oder bewegt sich zu seiner geschlossenen Position hin, selbst wenn der Kraftstoffdruck in der Düsenkammer 26 sich auf Einspritzniveaus oder -pegeln befindet. Wenn das Nadelventilglied sich in seiner geschlossenen Position befindet, blockiert das HCCI-Nadelventilglied 12 den Düsenversorgungsdurchlass 34 gegenüber einer Strömungsmittelverbindung mit dem einzigen HCCI-Düsenauslaß 16. Wenn jedoch die HCCI- Nadelsteuerkammer 24 sich unter niedrigem Druck befindet und die Öffnungshydraulikoberfläche 27 einem bestimmten HCCI-Ventilöffnungsdruck innerhalb der Düsenkammer 26 ausgesetzt ist, so kann das Nadelventilglied 12 entgegen der Vorspannfeder 21 zu seiner offenen Position hin angehoben werden. Infolgedessen wird die konische HCCI-Ventiloberfläche 40 von ihrer vorgespannten Position am HCCI-Sitz 41 (besser in Fig. 2 gezeigt) angehoben, und Kraftstoff kann aus dem HCCI-Düsenauslass 16 herausspritzen.
Zurückkommend auf das konventionelle Nadelventilglied 13 sei bemerkt, dass dies auch eine offene und geschlossene Position ähnlich dem HCCI- Nadelventilglied 12 besitzt. Das konventionelle Nadelventilglied 13 besitzt eine schließende hydraulische Oberfläche 38 die einem Strömungsmitteldruck in der konventionellen Nadelsteuerkammer 32 ausgesetzt ist, die in strömungsmittelmäßiger Verbindung mit der Steuerdruckleitung 33 steht. Das konventionelle Nadelventilglied 30 enthält auch eine Öffnungshydraulikoberfläche 37, die dem Strömungsmitteldruck in dem Düsenversorgungsdurchlass 34 ausgesetzt ist. Eine konventionelle Vorspannfeder 31 wird dazu verwendet, um das konventionelle Nadelventilglied zu seiner geschlossenen Position (wie in den Fig. 1a-b gezeigt) hin vorzuspannen, wodurch die konventionellen Düsenauslässe 17 blockiert werden. Wenn die auf die Öffnungshydraulikoberfläche 37 wirkende Kraftstoffdruckkraft den Kraftstoffdruck der auf die schließende Hydraulikoberfläche 38 einwirkt, übersteigt, so wird die durch die konventionelle Vorspannfeder 31 ausgeübte Vorspannkraft, der Strömungsmitteldruck der auf die schließende Hydraulikoberfläche 28 wirkt und die durch die HCCI-Vorspannfeder 21 (d. h. der konventionelle Ventilöffnungsdruck) das konventionelle Nadelventilglied zu seiner offenen Position anheben. Sobald die konventionelle Ventiloberfläche 42 nicht in Verbindung mit dem konventionellen Ventilsitz 43 steht, ist der Düsenversorgungsdurchlass 34 in strömungsmittelmäßiger Verbindung mit dem konventionellen Düsenauslaß 17 und Kraftstoff kann eingespritzt werden. Zusätzlich zu der Aufwärtsbewegung des konventionellen Düsenglieds 13 wird das HCCI-Nadelventilglied 12 angehoben, und zwar infolge des konventionellen Ventilöffnungsdrucks der auf das konventionelle Nadelventilglied 13 einwirkt.
Es sei bemerkt, dass dann, wenn das HCCI-Nadelventilglied 12 während des konventionellen Kraftstoffeinspritzens angehoben ist, die HCCI- Ventiloberfläche und der HCCI-Ventilsitz zu allen Zeiten in Kontakt bleiben.
Dies liegt an zwei Faktoren. Als erstes ist der Ventilöffnungsdruck für das konventionelle Nadelventilglied 13 kleiner als der Ventilöffnungsdruck für das HCCI-Nadelventilglied 12. Anders ausgedrückt, wenn niedriger Druck auf sowohl die HCCI-Schließhydraulikoberfläche 28 und die konventionelle Schließhydraulikoberfläche 38 wirkt, wird der konventionelle Nadelventilöffnungsdruck erreicht, und zwar bevor der HCCI-Ventilöffnungsdruck erreicht wird. Weil das konventionelle Nadelventilglied 12 die Kräfte der HCCI- Vorspannfeder 21 und der konventionellen Vorspannfeder 31 überwinden muss, ist es klar, dass die öffnende hydraulische Oberfläche 37 in geeigneter Weise bemessen sein sollte bezüglich der öffnenden Hydraulikoberfläche 27, um einen niedrigeren konventionellen Ventilöffnungsdruck als den HCCI- Ventilöffnungsdruck vorzusehen. Daher wird das konventionelle Nadelventilglied 13 sich in seine Öffnungsposition bewegen, bevor das HCCI- Nadelventilglied 12 sich in seine Öffnungsposition bewegen kann. Zweitens begrenzt der HCCI-Anschlagstift 22 die Bewegung des HCCI- Nadelventilglieds 12 derart, dass das HCCI-Nadelventilglied gehindert wird, sich von der HCCI-Ventiloberfläche 40 vom HCCI-Ventilsitz 41 zu trennen.
Es sei nunmehr auf Fig. 2 Bezug genommen, wo eine geschnittene Vorderansicht eines konventionellen Nadelventilglieds 13 mit Düseneinsatz 14 und Rohr 15 gezeigt ist. Fig. 2 detailliert die genaueren Merkmale des konventionellen Nadelventilglieds 13 die in Fig. 1 unklar sein könnten. Der Düseneinsatz 14 und das Rohr 15 sind vorzugsweise durch eine Presspassung aneinander befestigt und verschweißt, so dass sich das ergebende konventionelle Nadelventilglied 13 sich als ein einziges Metallteil verhält, welches nicht getrennt werden kann.
Der Düseneinsatz 14 ist ein Metallkörper 60 mit einem ersten Ende 53, welches von einem zweiten Ende 54 um eine Umfangsseitenoberfläche 50 getrennt ist. Die Umfangsseitenoberfläche 50 weist eine ringförmige konische Ventiloberfläche 42 auf, und zwar positioniert zwischen einer ersten zylindrischen Oberfläche 51 und eine zweiten zylindrischen Oberfläche 52. Vorzugsweise besitzt die erste zylindrische Oberfläche 51 einen Führungsdurchmesser, der kleiner ist als seine Führungslänge. Auch hat die zweite zylindrische Oberfläche 52 vorzugsweise einen Passungsdurchmesser, der kleiner ist als seine Passungslänge. Ferner weist die konische Ventilringoberfläche 42 einen kegelstumpfförmigen Teil auf. Der Düseneinsatz 14 enthält einen oder mehrere HCCI-Düsenauslässe 16 die dann verwendet werden, wenn die Dualkraftstoffeinspritzvorrichtung 10 sich in einer HCCI-Betriebsart befindet. Entgegengesetzt zu dem HCCI-Düsenauslass 16 am Ende des Düseneinsatzes 14 befindet sich ein Durchlass 18, wobei ein Teil ein ringförmiger konischer HCCI-Ventilsitz 41 ist.
Vorzugsweise enthält der Düseneinsatz 14 eine Anschlagoberfläche 55, die benachbart und senkrecht zur zweiten zylindrischen Oberfläche 52 verläuft. Die Anschlagoberfläche 55 ist die Verbindungsebene für das Rohr 15. Man erkennt, dass die zweite Zylinderoberfläche 52 des Düseneinsatzes 14 nur einen etwas unterschiedlichen Durchmesser besitzt als die Innenoberfläche 19 des Rohrs 15. Diese Dimensionen sind derart vorgesehen, dass das Rohr 15 und der Düseneinsatz durch Presspassung und miteinander verschweißt werden können, um ein einziges Metallteil zu bilden. Jedwede Unregelmäßigkeiten in der zylindrischen Natur dieser Teile könnten Reibung oder unerwünschte Druckpunkte verursachen, die einen Kraftstoffeinspritzausfall bewirken könnten. Die Presspassung und Schweißung erzeugen ein einziges Metallstück dass in irreversibler Weise zusammengebracht ist, um die Möglichkeit eines Nadelbruchs zu vermeiden. Der Fachmann erkennt, dass das konventionelle Nadelventilglied 13 und der HCCI-Nadelteil 25 eng konzentrisch um eine Mittellinie durch das Nadelventil 11 verlaufen sollten. Diese Ausrichtung ist erforderlich um seitliche Kräfte zu vermeiden, wenn die HCCI- Ventiloberfläche 40 den HCCI-Ventilsitz 41 kontaktiert.
In Fig. 2 sind die hydraulischen und Ventiloberflächen klar identifiziert. Die öffnende bzw. Öffnungshydraulikoberfläche 37 und die schließende bzw. Schließhydraulikoberfläche 38 sind am Rohr 15 gezeigt. Man erkennt, dass der Außendurchmesser der Außenoberfläche 56 des Rohrs 15 angeordnet benachbart zum Düseneinsatz 14 kleiner sein muss als der Außendurchmesser der vom Düseneinsatz 14 weg angeordnet ist, so dass die öffnende Hydraulikoberfläche 37 erzeugt wird. Ferner ist die Öffnungshydraulikoberfläche 27 am HCCI-Nadelteil 25 gezeigt. Die Kräfte an diesen Oberflächen zusammen mit der schließenden Hydraulikoberfläche 28 (vgl. Fig. 1) diktieren wann das HCCI-Nadelventilglied 12 und das konventionelle Nadelventilglied 13 sich in ihren entsprechenden Öffnungs- und Schließpositionen befinden. Fig. 2 zeigt auch klar die kegelstumpfförmige HCCI-Ventiloberfläche 40 angeordnet an dem HCCI-Nadelkolbenteil 23 und den kegelstumpfförmigen HCCI- Ventilsitz 41 angeordnet am Düseneinsatz 14. Wie zuvor festgestellt, sollten die HCCI-Ventiloberfläche 40 und der HCCI-Ventilsitz 41 eng konzentrisch um eine gemeinsame Mittellinie verlaufen, um eine vollständige Schließung zu erreichen. Ferner ist der kegelstumpfförmige konventionelle Ventilsitz 43 vorhanden, der an der Spitze der Düse und des Einspritzkörpers angeordnet ist. Dieses sind Ventiloberflächen die zusammen mit der konventionellen Ventiloberfläche 42 (vgl. Fig. 1) diktieren ob der Düsenversorgungsdurchlass 34 in Strömungsmittelverbindung mit den HCCI-Düsenauslässen 16 oder den konventionellen Düsenauslässen 17 steht.
Es sei nunmehr auf die Fig. 3a-b Bezug genommen, wo ein Düseneinsatz 114 mit einer nicht auftreffenden Sprühformation bzw. Spritzbildung gezeigt ist. Der Düseneinsatz 114 enthält sechs individuelle HCCI-Düsenauslässe 116. Der Düseneinsatz 114 ist afs ein nicht auftreffender Düseneinsatz beschrieben, da die Ströme des Kraftstoffes sich nicht wesentlich schneiden beim Verlassen der HCCI-Düsenauslässe 116. Man erkennt, dass die Anzahl der Auslässe variieren kann, und zwar abhängig von dem speziellen Kraftstoffeinspritzungsanwendungsfall. Die HCCI-Düsenauslässe 116 sind als unter einem Winkel α gegenüber der Mittellinie 160 des Düseneinsatzes 114 angeordnet dargestellt, wobei dieser Winkel vorzugsweise in der Größenordnung von 20° liegt. Man erkennt, dass der Winkel α sich ändern kann, und zwar abhängig von der Anwendung und eine solche Veränderung ändert die Kraftstoffluftmischung die nach der HCCI-Einspritzung erfolgt.
In den Fig. 4a-b ist ein Düseneinsatz 214 gezeigt, und zwar mit einer Auftreffsprühformung. Der Düseneinsatz 214 enthält vier individuelle HCCI- Düsenauslässe 216. Der Düseneinsatz 214 ist als ein auftreffender Düseneinsatz beschrieben, da die Auslasskraftstoffspritz- oder -sprühpegel sich schneiden oder überlappen, und zwar an einem Punkt oder in einer Zone nach dem Austritt aus den HCCI-Düsenauslässen 216. Man erkennt, dass die Anzahl der Auslässe sich abhängig von dem speziellen Kraftstoffeinspritzanwendungsfall verändern können. Die HCCI-Düsenauslässe 216 sind mit einem eingestellten Winkel von β dargestellt, und zwar gegenüber einer Linie durch die Mittellinie der quer gebohrten Löcher 261 im Düseneinsatz 214, und zwar vorzugsweise unter einem Winkel in der Größenordnung von 60°. Man erkennt, dass der Winkel β sich ändern kann, und zwar abhängig von dem Anwendungsfall und eine solche Änderung ändert die Kraftstoffluftmischungswirkung. Schließlich sei bemerkt, dass die quer gebohrten Löcher 261 Öffnungen im Düseneinsatz 214 definieren, die sich durch den Führungsteil öffnen und auf diese Weise wird Kraftstoffleck minimiert, und zwar wegen des engen höher verlaufenden Zwischenraumes. Man erkennt, dass Stopfen ebenfalls verwendet werden können, um ein Leck entlang der Führungsbohrung zu verhindern.
Es sei nunmehr auf die Fig. 5a-c Bezug genommen, wo ein weiterer Düseneinsatz 315 dargestellt ist, und zwar mit einer anderen Abwandlung eines Auftreifmodells der vorliegenden Erfindung. Während des Bearbeitungsprozesses wird eine lange schmale Öffnung in das obere Ende des Düseneinsatzes 314 gebohrt. Ferner wird ein Loch in das Bodenende des Düseneinsatzes 314 gegengebohrt. Der Aufnahmepass- oder Zusammenpassdurchmesser des gegengebohrten Loches ist vorzugsweise ungefähr von der gleichen Dimension wie der Aufnahmepass- bzw. Zusammenpassdurchmesser des Stopfeneinsatzes 370. Ausnehmungsartig ist vorzugsweise innerhalb des Lochs des Düseneinsatzes 314 ein Ringraum 371 enthalten, der den Durchmesser des Lochs erweitert. Der Stopfeneinsatz 370 ist in das Bodenende des Düseneinsatzes 314 durch Presspassung eingebracht, so dass sich das ergebende Teil als ein einziges Teil verhält. Zudem wird ein Schweißring oder Schweißkreis 373 dort geschaffen, wo der Düseneinsatz 314 und der Stopfeneinsatz 370 verbunden sind, um so den Düseneinsatz 314 weiter zu stärken.
Es sei nunmehr insbesondere auf die Fig. 5b-c Bezug genommen: der Stopfeneinsatz 370 enthält einen Schlitz 372, der in die Oberseite des Stopfeneinsatzes 370 eingeschliffen ist und der sich nach unten über einen bestimmten Abstand hinweg in den Stopfeneinsatz 370 erstreckt. Der Stopfeneinsatz 370 enthält vorzugsweise auch zwei Bohrungen 374, die in den Einsatz vom Bodenende her eingebohrt sind. Nuten 374 schaffen zwei Auslässe am Ende des Stopfens, die den HCCI-Düsenauslaß 316 definieren. Anders ausgedrückt läuft der Kraftstoff nach unten durch die Durchlassöffnung des Düseneinsatzes 314 in den Schlitz 372, schreitet zum Ringraum 371 fort und gelangt schließlich in die Bohrung 374, bevor der Kraftstoff den Stopfeneinsatz 314 verlässt. Man erkennt, dass der Kraftstoffstrom einen Auftreffschnittpunkt erzeugt, der außerhalb des Stopfeneinsatzes angeordnet ist. Ferner erkennt man, dass die Dimensionen des Schlitzes 372, des Ringraums 371 und der Nuten 374 sich abhängig von der Art der Kraftstoffeinspritzung die erwünscht ist, ändern.
In Fig. 6 ist ein weiterer Düseneinsatz 414 dargestellt, und zwar als eine weitere Variation eines Auftreffmodells der Erfindung. Anstelle eines einzigen zylindrischen Loches, welches sich vom HCCI-Ventilsitz 441 erstreckt, besitzt der Düseneinsatz 14 zylindrische Mehrfachlöcher, die die HCCI- Düsenauslässe 416 definieren. Der Düseneinsatz 414 in Fig. 6 repräsentiert zwei Löcher, woran man erkennt, dass die Anzahl der Löcher sich entsprechend dem Anwendungsfall ändern kann. Es ist klar, dass der Kraftstoffstoffstrom einen Auftreffpunkt erzeugen wird, der außerhalb des Düseneinsatzes 414 angeordnet ist.
In Fig. 7 ist ein weiterer Düseneinsatz 14 mit einer anderen Abwandlung des Auftreffmodells der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dieser spezielle Düseneinsatz 14 enthält vier innerhalb dieses Körpers gebohrte Löcher, die sich vom HCCI-Ventilsitz 41 aus erstrecken. Die Löcher beginnen an der Durchlassöffnung des HCCI-Ventilsitzes 41 und erstrecken sich unter einem Winkel derart, dass die Löcher von der zylindrischen Oberfläche erscheinen, wo das Rohr 15 und der Düseneinsatz 14 aneinander durch Presspassung befestigt sind. Es sei bemerkt, dass das Rohr in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung einen kleinen Ringhohlraum 80 aufweisen sollte, so dass der Kraftstoff leicht durch die Löcher im oberen Teil des Düseneinsatzes 14 laufen kann. Von dem Hohlraum 80 im Rohr 15 erstrecken sich vier weitere Löcher nach unten, und zwar im unteren Teil des Düseneinsatzes 14 und funktionsmäßig ausgerichtet mit den Löchern im oberen Teil. Diese unteren Löcher sind derart gebohrt, dass sie sich treffen, um die HCCI-Düsenauslässe 16 zu bilden. Man erkennt, dass der Kraftstoffstrom einen Auftreffpunkt erzeugt, der außerhalb des Düseneinsatzes 14 angeordnet ist. Obwohl die Fig. 7 vier Düsenauslässe 16 darstellt, erkennt der Fachmann, dass eine unterschiedliche Vielzahl von Düsenauslässen 16 von zwei bis zu einer größeren Zahl von Auslässen vorgesehen sein kann.

Industrielle Anwendbarkeit

Es sei nunmehr auf die Fig. 1a-b zurückgekommen, wo vor einem Kraftstoffeinspritzereignis das HCCI-Nadelventilglied 12 und das konventionelle Nadelventilglied 13 in ihren entsprechenden unteren geschlossenen Positionen sich befinden. Das HCCI-Nadelventilglied 12 blockiert die HCCI- Düsenauslässe 16, während das konventionelle Nadelventilglied 13 die konventionellen Düsenauslässe 17 blockiert.
Vor einem HCCI-Einspritzereignis erreicht der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffunterdrucksetzungskammer 39 einen HCCI-Ventilöffnungsdruck, der über den Düsenversorgungsdurchlass 34 zum Kraftstofftransferdurchlass 35 übertragen wird. Der Kraftstoff wirkt auf die hydraulische Öffnungsoberfläche 28, um der Vorspannkraft der Vorspannfeder 21 entgegen zu wirken und der reduzierte Strömungsmitteldruck wirkt auf die hydraulische Schließoberfläche 28. Beim Erreichen des HCCI-Öffnungsdrucks wird das HCCI-Nadelventilglied 12 vom HCCI-Ventilsitz 41 angehoben und die HCCI-Düsenauslässe 16stehen in Kraftstoffverbindung mit dem Kraftstofftransferdurchlass 35. Infolgedessen kann Kraftstoff in den Motorzylinder eingespritzt werden. Sobald die erforderliche Kraftstoffmenge freigesetzt ist, wird der Strömungsmitteldruck in der HCCI-Nadelsteuerkammer 24 derart erhöht, dass die kombinierten Kräfte der HCCI-Vorspannfeder 21 und der Strömungsmitteldruck an der hydraulischen Schließoberfläche 28 größer sind als die Öffnungskraftstoffdruckkraft in der Kraftstoffunterdrucksetzungskammer 39.
Vor einem konventionellen Einspritzereignis, erreicht der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffunterdrucksetzungskammer 39 einen konventionellen Ventilöffnungsdruck (der kleiner ist als der HCCI-Ventilöffnungsdruck), der zu der hydraulischen Öffnungsoberfläche 37 über den Düsenversorgungsdurchlass 34 übertragen wird. Der Kraftstoff wirkt auf die hydraulische Öffnungsoberfläche 37 ein, um folgendem entgegenzuwirken: dem Strömungsmitteldruck der auf die hydraulische Schließoberfläche 38 einwirkt, der durch die konventionelle Vorspannfeder 31 ausgeübten Vorspannkraft, dem auf die hydraulische Schließoberfläche 28 einwirkenden Strömungsmitteldruck und der durch die HCCI-Vorspannfeder 21 ausgeübten Vorspannkraft.
Beim Erreichen des konventionellen Ventilöffnungsdrucks wird das konventionelle Nadelventilglied 13 vom konventionellen Ventilsitz 43 angehoben und die konventionellen Düsenauslässe 17 stehen in Kraftstoffverbindung mit dem Versorgungsdurchlass 34. Infolgedessen kann Kraftstoff in den Motorzylinder eingespritzt werden. Wenn das konventionelle Nadelventilglied 13 angehoben wird, so wird das HCCI-Nadelventilglied ebenfalls angehoben, verbleibt aber in Kontakt mit dem HCCI-Ventilsitz 41. Daher kann kein Kraftstoff durch die HCCI-Düsenauslässe 16 eingespritzt werden. Das Einspritzereignis wird dadurch beendet, dass der Hochdruck in der HCCI-Nadelsteuerkammer 24 wieder aufgenommen wird, was bewirkt, dass beide Nadeln sich nach unten in ihre geschlossenen Positionen bewegen.
Das konventionelle Nadelventilglied 13 - vgl. Fig. 2 - weißt zwei gesonderte Teile, den Düseneinsatz 14 und das Rohr 15 auf, die miteinander verbunden sind.
Der Düseneinsatz 14 ist ein Metallkörper, der vorzugsweise in einer einzigen Einstellung bearbeitet wird, um eine zylindrische Führungsoberfläche 51 aufzuweisen, ferner eine ringförmige konische Ventiloberfläche 42, eine zylindrische Pass- oder Zusammenpassoberfläche 52 und einen Ventilsitz 41, so dass alle diese Merkmale so konzentrisch wie möglich sind. Ein Ende des Düseneinsatzes 14 enthält einen Durchlass 18, der einen HCCI-Ventilsitz 41 umfasst. Am entgegengesetzten Ende sind HCCI-Düsenauslässe 16 in den Düseneinsatz 14 gebohrt. Vorzugsweise kann die Bearbeitung des Düseneinsatzes 14 in einer einzigen Einstellung erfolgen, um Differenzen zu eliminieren, die damit in Verbindung stehen, wenn Teile des typischen Aufbaus von Metallteilen ausgetauscht werden.
Das Rohr 15 ist in gleicher Weise vorzugsweise in einer einzigen Einstellung bearbeitet und der Innendurchmesser 19 des Rohrs 15 und die zweite zylindrische Oberfläche 52 des Düseneinsatzes 14 besitzen vorzugsweise nur leicht unterschiedliche Durchmesser.
Der Düseneinsatz 14 und das Rohr 15 sind durch Presspassung miteinander verbunden und sind ferner verschweißt um ein irreversibles einziges Metallteil zu schaffen. Die Vorteile der Anbringung des Düseneinsatzes 14 und des Rohres 15 miteinander auf diese Weise sind zahlreiche. Die Größe und Länge des konventionellen Nadelventilglieds 13 gestattet kein Tiefsitzschleifen, welches erforderlich ist zur Positionierung des HCCI-Nadelventilglieds 12. Daher, durch Aufspalten des konventionellen Nadelventilglieds 13 in zwei gesonderte Teile, kann der HCCI-Ventilsitz 41 ohne jedwede Bearbeitungsschwierigkeiten geschliffen werden. Die Presspassung zwischen Düseneinsatz 14 und Rohr 15 eliminiert das Problem der Konzentrizität welches mit anderen Befestigungsmitteln, wie beispielsweise einer gewindemäßigen Verbindung einhergeht. Ein Verschrauben erzeugt nicht die ordnungsgemäße Mittellinienausrichtung die für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung erforderlich ist, die minimale Durchmesserzwischenräume bzw. -toleranzen zwischen ihrem HCCI- Nadelventilglied 12 und dem konventionellen Nadelventilglied 13 aufweist. Jedwede kleine Mittellinienfehlausrichtung könnte den geringsten Kontakt erzeugen und die Nadel würde stecken bleiben oder sich verkeilen. Die Presspassung gestattet auch, dass der Düseneinsatz 14 und das Rohr 15 in irreversibler Weise angebracht sind, wodurch die Möglichkeit des Nadelbruchs bei hohen Drücken der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vermieden werden.
Auf die Fig. 3-7 bezugnehmend erkennt man, dass der Düseneinsatz 14 derart bearbeitet werden kann, dass er mehrere unterschiedliche HCCI- Düsenauslässe 16 bildet. Jede Bildung oder Ausbildung hat ihre Vorteile und kann aber auch klassifiziert werden als zur auftreffenden, nicht auftreffenden oder gemischten Formation zählend. Ein nicht auftreffendes Modell besitzt Auslässe, die Kraftstoffsprühkegel erzeugen, die einander im Wesentlichen nicht im Motorzylinder schneiden. Andererseits besitzt ein Auftreffmodell Auslässe, die Sprühkegel erzeugen, die sich im Wesentlichen nach dem Eintritt in die Kompressionskammer schneiden. Beide Modelle ändern die Kraftstoffluftmischung im Motorzylinder, die nach dem HCCI-Einspritzen erfolgt.
Die obige Beschreibung dient lediglich veranschaulichenden Zwecken und soll nicht den Rahmen der Erfindung in irgendeiner Weise einschränken. Der Fachmann erkennt dass eine große Zahl von Modifikationen vorgenommen werden kann hinsichtlich der dargestellten Düseneinsätze ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen der durch die Ansprüche definiert 20340 ist.

Claims

1. Ein Kraftstoffeinspritzdüseneinsatz der folgendes aufweist:
einen Metallkörper mit einem ersten Ende getrennt von einem zweiten Ende durch eine Umfangsseitenoberfläche, wobei sich mindestens ein Düsenauslaß durch das erste Ende öffnet und mindestens ein Durchlass sich durch das zweite Ende öffnet;
wobei ein Teil des mindestens einen Durchlasses einen ringförmigen Ventilsitz auf dem Metallkörper aufweist; und
wobei die Umfangsseitenoberfläche eine ringförmige Ventiloberfläche aufweist, und zwar positioniert zwischen einer ersten zylindrischen Oberfläche und einer zweiten zylindrischen Oberfläche.

2. Düseneinsatz nach Anspruch 1, wobei die erwähnte Seitenoberfläche eine ebene Rohranschlagoberfläche aufweist, und zwar benachbart und senkrecht zu der zweiten zylindrischen Oberfläche.

3. Düseneinsatz nach Anspruch 1, wobei die ringförmige Ventiloberfläche einen kegelstumpfförmigen Teil aufweist.

4. Düseneinsatz nach Anspruch 1, wobei die erste zylindrische Oberfläche eine Führungslänge und einen Führungsdurchmesser besitzt, der kleiner ist als die Führungslänge.

5. Düseneinsatz nach Anspruch 1, wobei die zweite zylindrische Oberfläche eine Zusammenpassungs- oder Passungslänge und einen Passungs- oder Zusammenpassungsdurchmesser besitzt, der kleiner ist als die Passungslänge.

6. Düseneinsatz nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Düsenauslass eine Vielzahl von Düsenauslässen aufweist, die orientiert sind in mindestens einem der folgenden Muster: einem nicht auftreffenden Sprühmuster und einem auftreffenden Sprühmuster.

7. Düseneinsatz nach Anspruch 6, wobei die Umfangsseitenoberfläche eine Ebene Rohranschlagoberfläche aufweist, und zwar benachbart und senkrecht zu der zweiten zylindrischen Oberfläche;
wobei die erste zylindrische Oberfläche eine Führungslänge und einen Führungsdurchmesser besitzt, der kleiner ist als die Führungslänge und
wobei die zweite zylindrische Oberfläche eine Passungslänge und einen Passungsdurchmesser besitzt, der kleiner ist als die Passungslänge.

8. Ein Nadelventilglied für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, wobei folgendes vorgesehen ist:
ein Düseneinsatz mit einer äußeren Ventiloberfläche, einem inneren Ventilsitz und mindestens einem Düsenauslass;
wobei ein Rohr irreversibel an dem Düseneinsatz befestigt ist.

9. Nadelventilglied nach Anspruch 8, wobei der Düseneinsatz eines von folgendem aufweist: eine zylindrische Einsteckpassoberfläche und eine zylindrische Aufnahmepassoberfläche; und
wobei das Rohr das jeweilige andere von folgendem aufweist:
die zylindrische Einsteckpassoberfläche und die zylindrische Aufnahmepassoberfläche zusammenpassend mit dem Düseneinsatz.

10. Nadelventilglied nach Anspruch 8, wobei das Rohr eine Außenoberfläche mit einem ersten Durchmesser benachbart zum Düseneinsatz und einem zweiten Durchmesser weg vom Düseneinsatz aufweist; wobei ferner der erste Durchmesser kleiner ist als der zweite Durchmesser.

11. Nadelventilglied nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine Düsenauslass eine Vielzahl von Düsenauslässen aufweist, die orientiert sind in mindestens eines der folgenden Muster:
ein nicht auftreffendes Sprühmuster und ein auftreffendes Sprühmuster.

12. Nadelventilglied nach Anspruch 8, wobei der Düseneinsatz eine Umfangsseitenoberfläche besitzt, die die externe Ventiloberfläche positioniert zwischen einer zylindrischen Führungsoberfläche und einer zylindrischen Passoberfläche aufweist.

13. Nadelventilglied nach Anspruch 12, wobei die zylindrische Führungsoberfläche eine Führungslänge und einen Führungsdurchmesser besitzt, der kleiner ist als die Führungslänge.

14. Nadelventilglied nach Anspruch 12, wobei die erwähnte zylindrische Passoberfläche eine Passlänge und einen Passdurchmesser aufweist, der kleiner ist als die Passlänge.

15. Nadelventilglied nach Anspruch 8, wobei das Rohr eine Außenoberfläche mit einem ersten Durchmesser benachbart zum Düseneinsatz und mit einem zweiten Durchmesser weg vom Düseneinsatz aufweist, und wobei der erste Durchmesser kleiner ist als der zweite Durchmesser; und
wobei ferner der mindestens eine Düsenauslass eine Vielzahl von Düsenauslässen aufweist, die in mindestens einem der folgenden Muster orientiert sind:
ein nicht auftreffendes Sprühmuster und ein auftreffendes Sprühmuster.

16. Nadelventilglied nach Anspruch 15, wobei der Düseneinsatz eine Umfangsseitenoberfläche besitzt, die die externe Ventiloberfläche positioniert zwischen einer zylindrischen Oberfläche und einer zylindrischen Passoberfläche aufweist; wobei die erwähnte zylindrische Führungsoberfläche eine Führungslänge und einen Führungsdurchmesser besitzt, welch letzterer kleiner ist als die Führungslänge; und wobei schließlich die zylindrische Passoberfläche eine Passlänge und einen Passdurchmesser besitzt, der kleiner ist als die Passlänge.

17. Verfahren zur Herstellung eines Nadelventilglieds für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind:
Ausbilden eines Düseneinsatzes mit einem Ringventilsitz und einer Ringventiloberfläche;
Bearbeiten von mindestens einem Düsenauslass durch ein Ende des Düseneinsatzes; und
irreversibles Anbringen des Düseneinsatzes an einem Rohr.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Formungs- oder Ausbildungsschritt den Schritt des Formens des Düseneinsatzes umfasst, so dass dieser eine zylindrische Passoberfläche und eine zylindrische Führungsoberfläche aufweist, die eine gemeinsame Mittellinie besitzen, und zwar mit der Ringventiloberfläche und dem Ringventilsitz.

19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der mindestens eine Düsenauslass eine Vielzahl von Düsenauslässen aufweist, und wobei der Bearbeitungsschritt einen Schritt des Orientierens der erwähnten Vielzahl von Düsenauslässen aufweist, damit diese mindestens eines der folgenden Muster besitzen: ein nicht auftreffendes Sprühmuster und ein auftreffendes Sprühmuster.

20. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des irreversiblen Anbringens die folgenden Schritte aufweist:
Presspassen einer zylindrischen Einsteckoberfläche auf einen Düseneinsatz in eine zylindrische Aufnahmeoberfläche in dem Rohr; und
Verschweißen des Düseneinsatzes mit dem Rohr.