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Technisches Gebiet
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Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf
Kraftstoffeinspritzsysteme, welche ein Direktsteuer-Nadelventil
benutzen und mehr im Speziellen auf eine Strömungsmittelabdichtunas-Strategie,
um Vermischung zwischen Kraftstoffströmungsmittel und Steuerströmungsmittel
zu verhindern.
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Eine übliche Bauart eines Kraftstoffeinspritzsystems
benutzt ein Direktsteuer-Nadelventil,
um die Düsenausgänge der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu öffnen und zu schließen. Ein
Ende des Nadelventilglieds ist einem Steuerströmungsmittel bei mittlerem oder
niedrigem Druck in einer Nadelsteuerkammer ausgesetzt, während ein
anderer Teil hohem oder niedrigem Kraftstoffdruck in einer Düsenkammer
in einer zyklischen Art und Weise für jeden Einspritzzyklus ausgesetzt
ist. Es liegt in der Natur eines Nadelventils, daß extreme
Druckdifferenzen zwischen der Nadelsteuerkammer und der Düsenkammer
herrschen, wo das Nadelventilglied positioniert ist. Diese extremen
Druckdifferenzen erleichtern das Anheben und Verschließen des
Nadelventils und das resultierende Einspritzereignis. Während der
Kraftstoff als das unter Druck gesetzte Strömungsmittel in der Düsenkammer
wirkt, benutzt eine Klasse von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen
Motorschmieröl
oder ein ähnliches
Strömungsmittel,
welches sich vom Kraftstoff unterscheidet, als das unter Druck gesetzte
Strömungsmittel
in der Nadelsteuerkammer.
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Ein immer wieder auftretendes Thema
mit einer solchen Anordnung, ist die Möglichkeit der Vermischung zwischen
dem Öl
in der Nadelsteuerkammer und dem Kraftstoff in der Düsenkammer.
Wegen des leicht diametralen Spielraums zwischen dem Nadelventilglied
und seiner Führungsbohrungen)
kann Wanderung der Strömungsmittel
in jeder Richtung auftreten, als Folge der wiederholten Bewegung
des Nadelventils und der extremen Druckdifferenz zwischen dem Öl und dem
Kraftstoff während
unterschiedlicher Teile des Einspritzereignisses. Abhängig vom
Timing im Einspritzzyklus könnte
der Ort hohen Druckes in der Düsenkammer
oder in der Nadelsteuerkammer sein. Die Wanderung von Öl in die
Düsenkammer
kann nicht erwünschbare
Emissionen hervorrufen, wenn die Kraftstoff/Ölmischung in den Verbrennungsraum
eingespritzt wird. Andererseits kann Kraftstoffwanderung in die
Nadelsteuerkammer die Schmiereigenschaften des Öls in der ganzen Maschine bzw.
im ganzen Motor untergraben. Daher ist das Aufrechterhalten der
Separation der Strömungsmittel
wichtig für
den Motorbetrieb, die Leistung und die Emissionen.
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Der Stand der Technik hat die Benutzung
eines O-Rings als effektives Dichtungsmittel gegen Öl oder Kraftstoffleckage
gelehrt. Während
ein O-Ring allein eine ausreichende Dichtung zwischen den zwei Strömungsmitteln
oder Fluids vorsehen kann, hat die Forschung gezeigt, daß unsachgemäß angewendete O-Ringe
typischerweise lange vor den anderen Teilen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
versagen. Die extremen Druck, Temperaturanforderungen und die hohe
Frequenz der Bewegungen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung können sich
als fatal für
die O-Ring-Struktur herausstellen, bis zu dem Punkt, daß der O-Ring
funktional nutzlos wird. Darüber
hinaus kann ein qualitätsmäßig verschlechterter
bzw. degradierter O-Ring
einen Sammelpunkt für
das Öl oder
den Kraftstoff während
des Wanderungsprozesses darstellen bzw. vorsehen, was in der Möglichkeit resultiert
das Mischungsproblem zu beschleunigen.
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Ein Beispiel einer Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Dichtungsstrategie,
welche einen O-Ring
benutzt, wird von Stockner et al. im U.S. Pat. No. 5,901,686 gelehrt,
mit dem Titel Fluid Seal For Cyclic High Pressures Within a Fuel
Injector. Während Stockner
et al. eine effektive Dichtungsstrategie in der Kolbenregion lehrt,
läßt ihre
Strategie Raum für Verbesserung
im Düsenaufbauanteil
einer direktgesteuerten Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
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Die vorliegende Erfindung ist darauf
gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Kraftstoffeinspritzsystem schließt eine Quelle
von Steuerströmungsmittel,
eine Quelle von Kraftstoffströmungsmittel
und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung ein. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
ist mit der Quelle des Kraftstoffströmungsmittels und Steuerströmungsmittels
verbunden, und hat ein Direktsteuer-Nadelventil. Das Direktsteuer-Nadelventil hat ein
Nadelventilglied, welches eine hydraulische Schließoberfläche hat,
welche dem Strömungsmitteldruck
in der Steuerkammer ausgesetzt ist und eine hydraulische Öffnungsoberfläche, welche
einem Strömungsmitteldruck
in einer Kraftstoffkammer ausgesetzt ist. Das Direktsteuer-Nadelventil
schließt
wenigstens eine Führungsregion
ein, wenigstens einen O-Ring und wenigstens eine Ringkammer, welche zwischen
der Steuerströmungsmittelkammer
und der Kraftstoffkammer angeordnet ist. Ein Belüftungsdurchlaß ist innerhalb
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung angeordnet und ist mit einer
der wenigstens einen Ringkammenrn verbunden.
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In einem anderen Aspekt schließt eine
Kraftstoffeinspritzvorrichtung einen Einspritzvorrichtungskörper ein,
welcher eine Steuerkammer definiert, eine Kraftstoffkammer, einen
Steuerströmungsmittel-Belüftungsdurchlaß und einen
Kraftstoff-Belüftungsdurchlaß. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
umfaßt
auch ein Direktsteuer-Nadelventil
mir einem Nadelventilglied, welches eine hydraulische Schließoberfläche hat,
die dem Strömungsmitteldruck
in der Steuerkammer ausgesetzt ist, und eine hydraulische Öffnungsoberfläche, welche
einem Strömungsmitteldruck
in der Kraftstoffkammer ausgesetzt ist. Wenigstens eines von Einspritzvorrichtungskörper und Nadelventilglied
definieren eine erste Ringkammer, welche strömungsmittelmäßig mit
dem Steuerströmungsmittel-Belüftungsdurchlaß verbunden
ist und eine zweite Ringkammer, welche strömungsmittelmäßig mit
dem Kraftstoff-Belüftungsdurchlaß verbunden
ist.
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In einem anderen Aspekt schließt ein Verfahren
der Separation der Strömungsmittel
in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Direktsteuer-Nadelventil
einen Schritt des strömungsmittelmäßigen Verbindens
einer ersten Ringkammer, welche ein Nadelventilglied umgibt, mit
einem Steuerströmungsmittel-Belüftungsdurchlaß ein. Eine
erste Führungsregion
ist angeordnet zwischen einer Steuerkammer und der ersten Ringkammer.
Eine zweite Ringkammer, welche das Nadelventilglied umgibt, ist strömungsmittelmäßig mit
einem Kraftstoff-Belüftungsdurchlaß verbunden.
Eine zweite Führungsregion
ist zwischen einer Kraftstoffkammer und der zweiten Ringkammer angeordnet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Repräsentation des
Kraftstoffeinspritzsystems, welches eine geschnittene Vorderansicht
einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, gemäß der vorliegenden Erfindung
einschließt;
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2 ist
eine vergrößerte, geschnittene
Vorderansicht des Direktsteuer-Nadelventil-Anteils der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
aus 1; und
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3 ist
eine vergrößerte, geschnittene
Seitenansicht des Direktsteuer-Nadelventil-Anteils der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
aus 1
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Detaillierte Beschreibung
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Bezugnehmend auf 1 ist eine schematische Repräsentation
des Kraftstoffeinspritzsystems 5 gezeigt, welche eine geschnittene
Vorderansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung einschließt. Das Kraftstoffeinspritzsystem 5 schließt eine
Quelle von Betätigungsströmungsmittel 17,
eine Quelle von Kraftstoffströmungsmittel 18 und einen
Niederdruckabfluß 19 ein,
welche alle mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 verbunden
sind. Es ist gezeigt, daß die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 hydraulisch betätigt wird
unter Benutzung eines einzelnen Zwei-Positions-Elektromagneten 57,
um letztendlich die Verteilung von Kraftstoff vom Kraftstoffeinlaß 51 zum
Düsenauslaß 32 zu
ermöglichen.
Die Fachleute werden erkennen, daß die vorliegende Erfindung
ebenfalls anwendbar ist auf Einspritzvorrichtungen, welche andere
Typen von elektrischen Betätigern
(zum Beispiel piezoelektrische Betätiger) und andere Anzahlen
(zwei oder mehr) derselben haben. Das Öffnen und Verschließen von
Düsenauslaß 32 wird
von einem Direktsteuer-Nadelventil 12 gesteuert, welches
das Nadelventilglied 20 umfaßt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 umfaßt auch
einen Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Körper 11, welcher mehrere
bewegliche Komponenten in ihren entsprechenden Positionen enthält, welche
sie vor dem Auftreten eines Kraftstoffeinspritzzyklus einnehmen
würden.
Vor einem Kraftstoffeinspritz-Ereignis ist der Elektromagnet 57 in
seinem nichterregten Zustand, was es erlaubt, daß der Drucksteuerdurchlaß 37 in Strömungsmittelaustausch
bzw. Strömungsmittelkommunikation
mit dem Hochdruck-Betätigungsströmungsmitteleinlaß 52 steht.
Zusätzlich
umfaßt
das Kolbenventilglied 58 eine vorspannende hydraulische
Oberfläche,
welche dem Hochdruck-Betätigungsströmungsmittel über das
hohle Innere 71 ausgesetzt ist und eine hydraulische Steueroberfläche, welche
hohem Druck über
den Zweig-Steuerdurchlaß 70 ausgesetzt
ist. Diese zwei Gebiete hydraulischer Oberflächen des Kolbenventilglieds 58 sind vorzugsweise
gleich, so daß die
Nettokraft auf das Kolbenventilglied 58 von der vorspannenden
Kraft der Kolbenventil-Vorspannfeder 62 kommt, welche das
Kolbenventilglied 58 in seine Aufwärtsposition vorspannt. Die
Einspritzvorrichtung 10 umfaßt auch ein Steuerventilglied 55,
welches sich zwischen einer Abwärtsposition
in Kontakt mit einem Niederdruck-Sitz (wie gezeigt) und einer Aufwärtsposition
in Kontakt mit einer Hochdruck-Sitzfläche bewegt. Das Steuerventilglied 55 ist
abwärts
vorgespannt, durch die Vorspannkraft der Steuerventil-Vorspannfeder 72.
Die Einspritzvorrichtung 10 schließt auch eine Plungerkolben-Bohrung 56 ein,
innerhalb derer der Plungerkolben 63 sich zwischen einer
zurückgezogenen
Position (wie gezeigt) und einer vorgeschobenen Position hin und
her bewegt. Der Plungerkolben 63 ist zu seiner zurückgezogenen
Position vorgespannt, durch die Vorspannkraft der Kolbenrückholfeder 54. Ein
Teil der Plungerkolben-Bohrung 56 und des Plungerkolbens 63 definieren
eine Kraftstoff-Druckkammer 60.
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Das Betätigungsströmungsmittel, typischerweise
in der Form von Motorschmieröl
oder jedem beliebigen anderen Typ von Strömungsmittel, welches typischerweise
im Gebiet bekannt ist, so wie Kühlmittel
oder Getriebefluid bzw. -flüssigkeit,
kann als Betätigungsströmungsmittel
bzw. -flüssigkeit
benutzt werden, welche in den Benzineinspritzvorrichtungskörper 11 durch
den Betätigungsströmungsmittel-Einlaß 52 von
der Quelle des Betätigungsströmungsmittels 17 eintritt.
In Folge der Strömungsmittelverbinduna
mit dem Druck-Steuerdurchlaß 37 ist die
Nadelsteuerkammer 35 strömungsmittelmäßig mit
hohem Druck verbunden, und das Hochdruck-Betätigungsströmungsmittel
wirkt auf die hydraulische Schließoberfläche 24 des Nadelventilgliedes 20.
Diese strömungstechnische
Druckkraft wirkt zusammen mit der Vorspannkraft der Vorspannfeder 36 daraufhin,
das Nadelventilglied 20 in seiner unteren Schließposition
zu halten, was darin resultiert, daß der Düsenausgang 32 vom
Strömungsmittelaustausch
mit der Kraftstoff-Druckkammer 60 über den Düsenversorgungsdurchlaß 30 abgehalten
wird.
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Wenn ein Einspritzereignis auftreten
soll, wird Niedrigdruck-Kraftstoff in die Kraftstoff-Druckkammer 60 von
der Quelle des Kraftstoffströmungsmittels 18 über den
Kraftstoffeinlaß 51 und
einen verborgenen Niederdruckdurchlaß eingeführt. Der Elektromagnet 57 wird
eingeschaltet und der resultierende magnetische Fluß zieht
das Steuerventilglied 55 zu seiner Aufwärtsposition gegen die Vorspannkraft der
Steuerventil-Vorspannfeder 72 und
das Steuerventilglied 55 wird angehoben, um seine Hochdruck-Sitzfläche zu verschließen. Die
resultierende Bewegung des Steuerventilglieds 55 blockiert
die Hochdruck-Strömungsmittelverbindung
zwischen dem Druck-Steuerdurchlaß 37 und dem Betätigungsströmungsmitteleinlaß 52 und öffnet die
Strömungsmittelverbindung
zwischen dem Drucksteuerdurchlaß 37 und
dem Niederdruckdurchlaß 53.
In anderen Worten, wenn der Elektromagnet 57 eingeschaltet wird,
sind der Drucksteuerdurchlaß 37 ebenso
wie der Zweig-Steuerdurchlaß 70 in
Strömungsmittelverbindung
mit dem Niederdruckdurchlaß 53.
Infolgedessen wirkt auf das Kolbenventilglied 58 eine Hochdruck-Strömungsmittelkraft,
von oberhalb über
den Hohlraum (hohle Kavität) 71,
und eine Niederdruck-Strömungsmittelkraft
von unterhalb über
den Zweig-Steuerdurchlaß 70.
Die Niederdruckkraft, welche innerhalb des Zweig-Steuerdurchlaßes 70 wirkt, und
die Vorspannkraft der Kolbenventil-Vorspannfeder 62 sind
schwächer
als die Strömungsmittel-Druckkraft
des Betätigungsströmungsmittels
im Hohlraum 71. Daher bewegt sich das Kolbenventilglied 58 abwärts, woraufhin
der Betätigungsströmungsmittel-Einlaß 52 in
Strömungsmittelverbindung mit
dem Betätigungsströmungsmittel-Hohlraum 50 kommt.
Der resultierende Strömungsmitteldruck im Betätigungsströmungsmittel-Hohlraum 50 wirkt
auf den oberen Teil des Verstärkerkolbens 59,
um den Plunger 63 abwärts
gegen die schwächere
Vorspannkraft der Kolbenrückholfeder 54 zu
treiben, wobei der Kraftstoff in der Kraftstoff-Druckkammer 60 unter
Druck gesetzt wird.
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Der unter Druck gesetzte Kraftstoff
in der Kraftstoff-Druckkammer 60 wird an das Direktsteuer-Nadelventil 12 über den
Düsenversorgungsdurchlaß 30 verteilt.
Der Kraftstoff tritt in die Düsenkammer 31 ein,
wo der Hochdruck-Kraftstoff auf die hydraulische Öffnungsoberfläche 23 des
Nadelventilgliedes 20 wirkt. Wenn der Druck in der Düsenkammer 31 einen
spezifischen Nadelventil-Öffnungsdruck
erreicht, wirkt der Kraftstoff auf die hydraulische Öffnungsoberfläche 23,
um der Niederdruck-Strömungsmittelkraft,
welche auf die hydraulische Schließoberfläche 24 wirkt und der
Vorspannkraft der Vorspannfeder 36 entgegenzuwirken. Infolgedessen
bewegt sich das Nadelventilglied 20 von seiner geschlossenen
Position zu seiner offenen Position, wobei es die Blockierung des
Düsenauslaßes 32 auflebt.
Folglich wird Kraftstoffverbindung zwischen Düsenauslaß 32 und der Kraftstoff-Druckkammer 60 aufrechterhalten
und der Hochdruck-Kraftstoff kann in den Motorzylinder eingesprüht werden.
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Das Ende eines Einspritzereignisses
wird ausgelöst
durch das Abregen bzw. Enterregen des Elektromagneten 51 (57)
und die resultierende Unterbrechung des magnetischen Flusses erlaubt
es der Steuerventil-Vorspannfeder 72 das Steuerventilglied 55 abwärts zu zwingen
bzw. zu drücken,
um seinen Niederdruck-Sitz zu schließen. Folglich wird der Drucksteuerdurchlaß 37 strömungsmittelmäßig wieder
mit dem Betätigungsströmungsmitteleinlaß 52 verbunden.
Ein weiteres mal wird die Nadelsteuerkammer 35 dem Hochdruckbetätigungsströmungsmittel
ausgesetzt, welches auf die hydraulische Schließoberfläche 24 wirkt. Die
Kombination von hohem Betätigungsströmungsmitteldruck
in der Düsenkammer 35 und
der Vorspannkraft der Vorspannfeder 36 ist ausreichend
um das Nadelventilglied 20 schnell zurück in seine geschlossene Position
zu treiben, wobei es ein weiteres mal den Düsenauslaß 32 blockiert. Einhergehend
damit, daß der
Drucksteuerdurchlaß 37 hohem
Druck ausgesetzt wird, wird das Kolbenventilglied 58 ein
weiteres mal ausgleichenden Strömungsmitteldrücken ausgesetzt
und die Kolbenventil-Vorspannfeder 62 bewegt das Kolbenventilglied 58 zu
seiner aufwärts
vorgespannten Position. Wenn das Kolbenventilglied 58 in
seiner Aufwärtsposition
ist, ist der Betätigungsströmungsmittel-Hohlraum
in Strömungsmittelverbindung
mit dem Betätigungsströmungsmittelabfluß 73,
welcher zum Niederdruckreservoir 19 abführt. Der Abfall im Strömungsmitteldruck
auf den Verstärkerkolben 59 erlaubt
es der Kolbenrückholfeder 54,
den Plunger 56 in seine Aufwärtsposition zurückzuholen.
Wenn der Plunger 56 sich aufwärts bewegt, wird eine neue
Füllung
von Niederdruck-Kraftstoff vom Kraftstoffeinlaß 51 in die Kraftstoff-Druckkammer 60 bewegt.
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Es wird nun Bezug auf 2-3, eine vergrößerte Schnittansicht des Düsenanteils
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 Bezug genommen, welche die
Strömungsmittelkanäle zeigen,
die mir dem Direktsteuer-Nadelventil 12 assoziiert sind.
Der Einspritzvorrichtungskörper 11 in
der Umgebung des Direktsteuer-Nadelventils 12 umfaßt im Speziellen
eine untere Komponente der Spitze 13, eine obere Komponente
der Spitze 14, eine Stützplatte 42,
eine Hülse 44 und
ein Gehäuse 16.
Innerhalb der unteren Komponente der Spitze 13 ist eine
kegelstumpfförmige
Ventilsitzfläche 26 maschinell
hergestellt. Die obere Komponente der Spitze 14 hat eine
Führungsregion 33,
welche durch sie hindurch läuft
und ist über der
unteren Komponente der Spitze 13 angeordnet, so daß vorzugsweise
die Bodenoberfläche 15 der oberen
Komponente der Spitze 14 eine obere Begrenzung der Düsenkammer 31 definiert.
Der Durchmesser der Düsenkammer 31 ist
so daß das
Nadelventilglied 20 einen schmalen diametralen Spielraum hat
um die Bewegung zwischen seiner offenen und geschlossenen Position
zu führen.
Es kann erkannt werden, daß die
Mittellinie für
das Nadelventilglied 20, die untere Komponente der Spitze 13 und
die obere Komponente der Spitze 14 alle in Ausrichtung sind,
um die Möglichkeit
einer feststeckenden oder fehlausgerichteten Nadel in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 zu
reduzieren.
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Das Nadelventilglied 20 umfaßt einen
oberen Führungsteil 21,
einen unteren Führungsteil 22 und
einen Verstärkerteil 25.
Ebenfalls definiert das Nadelventilglied 20 eine Kraftstoffbelüftungs-Ringkammer 41. 2-3 zeigen die Kraftstoffbelüftungs-Ringkammer 41 als
einzig durch das Nadelventilglied 20 definiert, es kann
jedoch erkannt werden, daß die
Kraftstoffbelüftungs-Ringkammer 41 definiert
werden könnte,
einzig durch die obere Komponente der Spitze 14 oder definiert
werden könnte
sowohl durch das Nadelventilglied 20 als auch die obere
Komponente der Spitze 14. Vorzugsweise ist die Kraftstoffbelüftungs-Ringkammer 41 zwischen
dem O-Ring 40 und der Düsenkammer 31 angeordnet. Ebenfalls
auf dem Nadelventilglied 20 gezeigt ist sein unterer Führungsteil 22,
welcher eine Vielzahl von teilweise zylindrischen Anteilen 27 enthält, welche mit
einer Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten, flachen
Oberflächen 28 um
das Nadelventilglied abwechseln. Ein Fachmann könnte erkennen, das verschiedene
geometrische Konfigurationen benutzt werden könnten, anstatt der abwechselnden,
teilweise zylindrischen Anteile 27 und flachen Oberflächen 28.
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Die obere Komponente der Spitze 14 hat eine
Gegenbohrung, in der der O-Ring 40 sitzt. Der O-Ring 40 wirkt
als Dichtmittel zwischen dem Betätigungsströmungsmittel
in der Nadelsteuerkammer 35 und dein Kraftstoff in der
Düsenkammer 31.
Man erkennt, daß der
O-Ring 40 vorzugsweise
einen D-förmigen
Querschnitt hat, und daß er
aus jedem geeigneten, bekannten Material hergestellt werden könnte. Neben
den dichtenden Eigenschaften des O-Rings 40 ist die Stützplatte 42 über dem
O-Ring 40 angebracht, um ihn in der Ansenkung angeordnet
zu halten. Die Stützplatte 42 ist über der
oberen Komponente der Spitze 14 positioniert und ist vorzugsweise maschinell
so hergestellt, daß sie
einen wesentlich größeren Durchmesser
als die Führungsregion 33 der
oberen Komponente der Spitze 14 hat, um Fehlausrichtungsprobleme
zu vermeiden. Es sollte festgehalten werden, daß der O-Ring 40 die
Kraftstoffbelüftungs-Ringkammer 41 und
die Führungsregion 33 vorzugsweise,
wenigstens teilweise, innerhalb der oberen Komponente der Spitze 14 angeordnet
sind. Ebenfalls zusammen mit der oberen Komponente der Spitze 14 angeordnet,
ist der Kraftstoff-Belüftungsdurchlaß 43 (wie
in 3 gezeigt), welcher
eine Serie von Durchgängen
ist, welche in die obere Komponente der Spitze 14 gebohrt
sind, um die Kraftstoffbelüftungs-Ringkammer 41 mit
dem Niederdruckgebiet 45 zu verbinden. Vorzugsweise ist der
Kraftstoff-Belüftungsdurchlaß 43 in
Strömungsmittelverbindung
mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 Quelle von Niedrigdruck-Kraftstoff,
dem Kraftstoffeinlaß 51.
Der Kraftstoff-Belüftungsdurchlaß 43 ist
in 3 gezeigt worden
als zwei Durchgänge
enthaltend, es sollte jedoch festgehalten werden, daß eine solche
Anordnung mit einem oder einer Vielzahl von unterschiedlichen Durchgängen ersetzt werden
könnte.
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Gemeinsam mit dem Nadelventilglied 20 und der
Stützplatte 42 definiert
die Hülse 44 die Ö-Belüftungsringkammer 39.
Verbunden mit der Öl-Belüftungsringkammer 39 ist
der Öl-Belüftungsdurchlaß 34,
welcher vorzugsweise in Strömungsmittelverbindung
mit einem Niederdruck-Ölgebiet,
so wie dem Betätigungsströmungsmittelabfluß 73,
ist. Abhängig von
Drücken
und anderen Belangen, die im Gebiet bekannt sind, könnten die
Positionen von O-Ring 40, Öl-Belüftungsringkammer 39 und
Kraftstoffbelüftungs-Ringkammer 41 geändert werden
und/oder die Belüftungen 34 oder 43 könnten mit
unterschiedlichen Niederdruckgebieten verbunden sein.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Zurückkommend auf 1 sind nun die Komponenten der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 vor
einem Einspritzereignis gezeigt. Die Vorspannkraft der Vorspannfeder 36 übt eine
mechanische Kraft und eine hydraulische Hochdruckkraft aus, so daß das Nadelventilglied 20 in
seiner unteren Schließposition
ist, wobei es den Düsenauslaß 32 blockiert.
Die Vorspannkraft der Steuerventil-Vorspannfeder 72 übt ebenfalls
eine mechanische Kraft aus, so daß das Steuerventilglied 55 in
Kontakt ist mit dem Niederdruck-Sitz.
Darüber
hinaus hält
die Vorspannkraft der Kolbenrückholfeder 54 den
Verstärkerkolben 59 und
den Plunger 63 in ihren entsprechenden zurückgezogenen
Positionen. Das Kolbenventilglied 58 ist ebenfalls zu seiner
Aufwärtsposition vorgespannt,
wegen der Vorspannfederkraft der Kolbenventil-Vorspannfeder 62 und
der Aufhebung der Druckkräfte
zwischen dein Hohlraum 71 und dem Zweig-Steuerdurchlaß 70.
Schlußendlich
wird Hochdruck-Betätigungsströmungsmittel
vom Betätiaungsströmungsmitteleinlaß 52 überall in
der Steuerdrucklinie 37, dem Zweig-Steuerdurchlaß 70 und
der Nadelsteuerkammer 35 verbreitet. Es sollte festgehalten
werden, daß der
Strömungsmitteldruck
in der Nadelsteuerkammer 35 auf die hydraulische Schließoberfläche 24 wirkt,
um dabei zu helfen das Nadelventilglied 20 in seiner unteren
Schließposition
zu halten.
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Um einen Beispiel-Einspritzprozeß zu starten,
um eine von möglichen
verfügbaren
Ratenformen zu produzieren, wird der Elektromagnet 51 (57) eingeschaltet
und der resultierende magnetische Fluß zieht das Steuerventilglied 55 aufwärts, wobei
er die Vorspannkraft von Steuerventilvorspannfeder 72 überwindet
und das Steuerventilglied 55 bewegt sich zu seiner Aufwärtsposition,
wobei es den Hochdruck-Sitz schließt. Das Anheben von Steuerventilglied 55 bricht
die Verbindung zwischen dem Betätigungsströmungsmitteleinlaß 52 und
dem Drucksteuerdurchlaß 37 und öffnet die
Verbindung zwischen dem Niederdruckdurchlaß 53 und dem Drucksteuerdurchlaß 37.
Ungefähr
zu dieser Zeit erfährt
das Kolbenventilglied 58 eine Differenz im Druck, welcher
resultiert aus der Hochdruck-Strömungsmittelkraft,
welche oberhalb über
das hohle Innere 71 wirkt und der Niederdruck-Strömungsmittelkraft,
welche unterhalb über
den Zweig-Steuerdurchlaß 70 wirkt.
Dieses Strömungsmitteldruck-Kraftdifferential
ist ausreichend um der Vorspannkraft von Kolbenventil-Vorspannfeder 62 entgegenzuwirken
und das Kolbenventilglied 58 bewegt sich abwärts, so
daß der
Betätigungsströmungsmittel-Hohlraum 50 in
Strömungsmittelverbindung
mit dem Betätigungsströmungsmitteleinlaß 52 ist.
Die resultierende Hochdruckkraft im Betätigungsströmungsmittel-Hohlraum 50 wirkt
auf den Verstärkerkolben 59,
um der Vorspannkraft der Kolbenrückholfeder 54 entgegenzuwirken
und der Kraftstoff in der Kraftstoff-Druckkammer 60 wird
unter Druck gesetzt. Als nächstes
wird der unter Druck gesetzte Kraftstoff in die Düsenkammer 35 über den Düsenversorgungsdurchlaß 30 transferiert.
Der Kraftstoffdruck wirkt auf die hydraulische Öffnungsoberfläche 23 von
Nadelventilglied 20, um der Vorspannkraft von Vorspannfeder 36 und
dem niedrigen Druck, welcher auf die hydraulische Schließoberfläche 24 ausgeübt wird,
entgegenzuwirken. Die Bewegung von Nadelventilglied 20 in
seine offene Position erlaubt Strömungsmittelverbindung zwischen
Düsenauslaß 32 und
Kraftstoff-Druckkammer 60, so daß Kraftstoff in den Motorzylinder
eingespritzt wird.
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Das Ende eines Einspritzereignisses
wird ausgelöst
mit dem Abschalten von Elektromagnet 51 (57) und
dein Zurückkehren
von Steuerventilglied 55 zu seinem unteren Hochdruck-Sitz. Der Drucksteuerdurchlaß 37 wird
strömungsmittelmäßig wieder
verbunden mit dem Betätigungsströmungsmitteleinlaß 52,
was darin resultiert, daß die
Nadelsteuerkammer 35 dein Hochdruck-Betätigungsströmungsmittel wieder ausgesetzt
wird. Die Strömungsmittelkraft,
welche auf die hydraulische Schließoberfläche 24 wirkt, zwingt
das Nadelventilglied 20 zurück in seine vorgespannte untere
Schließposition,
wobei es den Düsenauslaß 32 blockiert.
Die Kolbenventil-Vorspannfeder 62 bewegt das Kolbenventilglied 58 zu
seiner oberen Vorspannposition, sobald die hydraulischen Drücke, welche
auf das Kolbenventilglied 58 wirken, ungefähr gleich
werden. Betätigungsströmungsmittel-Hohlraum 50 kommt
in Strömungsmittelverbindung
mit Betätigungsströmungsmittelabfluß 73 und der
Abfall im Strömungsmitteldruck
auf den Verstärkerkolben 59 erlaubt
es dem Plungerkolben 56 in seine Aufwärtsposition zurückzukehren.
Wenn der Plungerkolben 56 sich aufwärts bewegt, wird eine neue Füllung von
Niederdruck-Kraftstoff in die Kraftstoff-Druckkammer 60 über den
Kraftstoffeinlaß 51 bewegt,
und der gesamte Kraftstoffeinspritz-Prozess kann wiederholt werden.
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Bezugnehmend nun zurück zu 2-3 wird während eines Kraftstoffeinspritzereignisses
ein Kraftstoffdruckgradient zwischen dem Kraftstoff in der Düsenkammer 31 und
dem Betätigungsströmungsmittel
in der Nadelsteuerkammer 35 erzeugt. Vor dem Einspritzereignis
ist die Nadelsteuerkammer 35 dem Hochdruck-Betätigungsströmungsmittel
vom Drucksteuerdurchlaß 37 ausgesetzt.
Dieser Strömungsmitteldruck
wirkt auf die hydraulische Schließoberfläche 24 von Verstärkerteil 25 von
Nadelsteuerglied 20. Während
derselben Zeit erfährt
die hydraulische Öffnungsoberfläche 23 von
Nadelsteuerglied 20 die strömungstechnischen Kräfte von
Niederdruck-Kraftstoff. Wegen der leicht diametralen Spielräume wird
das Betätigungsströmungsmittel
dazu tendieren, abwärts
vorbei am Verstärkerteil 25 zu wandern,
und sich mit dem Kraftstoff zu vermischen. Ähnlich kann der umgekehrte
Pfad von Wanderung, Kraftstoffwanderung aufwärts vorbei an der Verstärker-Führungsregion 38 und
Vermischung mit dem Betätigungsströmungsmittel
während
eines Einspritzereignisses auftreten, wenn die Nadelsteuerkammer 35 niedrigen
Druck erfährt.
Daher ist der O-Ring 40 in einem Gebiet niedrigerem Drucks
zwischen dem Öl-Belüftungsdurchlaß 34 und
dem Niederdruck-Kraftstoffgebiet 45 positioniert, wobei
er die Vermischung des Betätigungsströmungsmittels
und des Kraftstoffs reduziert. Der O-Ring 40 ist vorzugsweise
in einem konstanten Kontakt mit dem oberen Führungsteil 21, ohne
irgendwelche vertikale Beweglichkeit von Nadelsteuerglied 20 zu
opfern. Der O-Ring 40 erlaubt es, dem Nadelsteuerglied 20 aufwärts und
abwärts
zu gleiten, dichtet jedoch das Betätigungsströmungsmittel und den Kraftstoff
dagegen ab, vorbei am O-Ring 40 in das andere Strömungsmittel
zu wandern.
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Während
der O-Ring 40 gegen Vermischung abdichtet, ist einer der
kennzeichnenden Vorteile der vorliegenden Erfindung das Einschließen von
Kraftstoff-Belüftungsdurchlaß 43 und
einem Öl-Belüftungsdurchlaß 34.
Die Kraftstoffbelüftungs-Ringkammer 41,
welche im Nadelsteuerglied 20 eingeschlossen ist, verhält sich
als Sammelpunkt für
den Kraftstoff welcher zum O-Ring 40 von der Düsenkammer 31 wandert.
Es sollte festgehalten werden, daß die Kraftstoffbelüftungs-Ringkammer 41 innerhalb
der oberen Komponente der Spitze 14 angeordnet sein könnte, oder
definiert sein könnte
als eine Kombination einer Ringkammer auf dein Nadelsteuerglied 20 und
einer Ringkammer innerhalb der oberen Komponente der Spitze 14.
Der Kraftstoff-Belüftungsdurchlaß 43 wird
benutzt um die Kraftstoffbelüftungs-Ringkammer 41 mit
dem Niederdruckraum 45 zu verbinden. Der wandernde Kraftstoff
von der Düsenkammer 31 kommt
zur Kraftstoffbelüftungs-Ringkammer 41 und
entkommt zum Niederdruckraum 45 zur Rezirkulation anstatt
weiterhin aufwärts
zum Öl-Belüftungsdurchlaß 34 zu
wandern. Auf eine ähnliche
Art und Weise ist das mögliche
Einschließen
von Öl-Belüftungsdurchlaß 34 vorteilhaft
dahingehend, daß es gestattet,
daß Betätigungsströmungsmittel
sich in der Öl-Belüftungsringkammer 39 sammelt
und zu einem Niederdruckölgebiet,
so wie Betätigungsströmungsmittelabfluß 73, über den Öl-Belüftungsdurchlaß 34 entkommt.
Daher ist der Vorteil von Öl-Belüftungsdurchlaß 34 und
Kraftstoff-Belüftungsdurchlaß 43, die
Minimierung von Kontakt zwischen O-Ring 40 und den hohen
Drücken
von Betätigungsströmungsmittel
und respektive unter Druck gesetztem Kraftstoff welche zu unterschiedlichen
Zeiten entfernt von den Belüftungs-Ringkammern
existieren. Diese Reduktion in den Strömungsmitteldrücken, die
vom O-Ring 40 gesehen werden, erhöht die Lebenserwartung von
O-Ring 40, so daß er
während
der vollen Lebenserwartung des gesamten Kraftstoffeinspritzvorrichtungs 10 operieren
kann.
-
Die Länge und der Spielraum der Führungsregion
haben einen starken Einfluß auf
die Leckrate zwischen dem Öl-Belüftungsdurchlaß 34 und
dem Kraftstoff-Belüftungsdurchlaß 43.
Es kann erkannt werden, daß ein
Fachmann den O-Ring 40 eliminieren könnte während er diese beiden Belüftungskanäle beibehält, wenn
die Führungsregion,
der obere Führungsteil 22 und
Verstärker-Führungsregion 38 zu
einer ausreichenden Länge
vergrößert würde, mit einem
passenden diametralen Spielraum. Die strömungstechnischen Eigenschaften
der Strömungsmittel
und die Vergrößerung in
der Anschlußflächenlänge könnten so
entworfen werden, daß die
Vermischung der zwei Strömungsmittel
auf akzeptable Niveaus reduziert würde. Die relativ kleine Menge
von Kraftstoffzirkulation, welche von den belüfteten Öl- und Kraftstoff-Ringkammern
vorgesehen wird, entleert den Einspritzer und vermeidet einige Probleme, welche
mit Ablagerungsansammlungen assoziiert sind.
-
Die obige Beschreibung ist nur für illustrative Zwecke
und ist nicht dazu vorgesehen, den Umfang der Erfindung auf irgendeine
Weise zu begrenzen. Zum Beispiel zeigt das illustrierte Ausführungsbeispiel
die obere Komponente der Spitze 14 und die untere Komponente
der Spitze als separate Stücke. Die
Fachleute werden erkennen, daß diese
zwei Komponenten in ein einziges Stück verbunden werden könnten. Solch
eine Alternative könnte
aus mehreren bekannten Gründen
attraktiv sein, z. B. Herstellbarkeit etc., könnte jedoch auch erlauben,
daß die
Führung 27 weggelassen
wird. Die Fachleute werden erkennen, daß eine breite Vielzahl von
Modifikationen an dem illustrierten O-Ring, den Führungsregionen
und Belüftungskanälen gemacht
werden könnte,
ohne vom beabsichtigten Umfang der Erfindung abzuweichen, welcher
durch die unten dargelegten Ansprüche definiert ist.
-
- 5.
- Treibstoffeinspritzsystem
- 10.
- Treibstoffeinspritzvorrichtung
- 11.
- Treibstoffeinspritzvorrichtungs-Körper
- 12.
- Direktsteuer-Nadelventil
- 13.
- Untere
Komponente der Spitze
- 14.
- Obere
Komponente der Spitze
- 15.
- Bodenoberfläche
- 16.
- Gehäuse
- 17.
- Quelle
von Betätigungsströmungsmittel
- 18.
- Quelle
von Kraftstoffströmungsmittel
- 19.
- Niederdruckreservoir
- 20.
- Nadelventilglied
- 21.
- Oberer
Führungsteil
- 22.
- Unterer
Führungsteil
- 23.
- Hydraulische Öffnungsoberfläche
- 24.
- Hydraulische
Schließoberfläche
- 25.
- Verstärkerteil
- 26.
- Ventilsitz
- 27.
- Teilweise
zylindrische Teile
- 28.
- Flache
Oberflächen
- 30.
- Düsenversorgungsdurchlaß
- 31.
- Düsenkammer
- 32.
- Düsenauslaß
- 33.
- Führungsregion
- 34.
- Öl-Belüftungsdurchlaß
- 35.
- Nadelsteuerkammer
- 36.
- Vorspannfeder
- 37.
- Drucksteuerdurchlaß
- 38.
- Verstärker-Führungsregion
- 39.
- Öl-Belüftungsringkammer
- 40.
- O-Ring
- 41.
- Kraftstoff-Belüftungsringkammer
- 42.
- Stützplatte
- 43.
- Kraftstoff-Belüftungsdurchlaß
- 44.
- Hülse
- 45.
- Niederdruck-Kraftstoff-Gebiet
- 50.
- Betätigungsströmungsmittel-Hohlraum
- 51.
- Kraftstoffeinlaß
- 52.
- Betätigungs-Strömungsmittel-Einlaß
- 53.
- Niederdruck-Durchlaß
- 54.
- Kolbenrückholfeder
- 55.
- Steuerventilglied
- 56.
- Plunger
(bzw. Plungerkolben)
- 57.
- Elektromagnet
- 58.
- Kolbenventilglied
- 59.
- Verstärkerkolben
- 60.
- Kraftstoff-Druckkammer
- 62.
- Kolbenventilvorspannfeder
- 63.
- Plunger
(bzw. Plungerkolben)
- 70.
- Zweig-Steuerdurchlaß
- 71.
- Hohles
Inneres (bzw. innerer Hohlraum)
- 72.
- Steuerventilvorspannfeder
- 73.
- Betätigungsströmungsmittelabfluß