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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf Dual-Modus-Brennstoffeinspritzsysteme und
insbesondere auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit der Fähigkeit
zur Erzeugung von zwei unterschiedlichen Sprühmustern über eine Ventilsteuerung.
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Mit den Jahren hat es für die Ingenieure
eine Herausforderung gegeben, eine Anzahl von unterschiedlichen
Strategien bezüglich
des Ziels einer reineren Verbrennung im Motor in Betracht zu ziehen. Die
Erfahrung hat gelehrt, dass verschiedene Einspritzzeitsteuerungen,
Einspritzmengen und Einspritzraten eine Vielzahl von unterschiedlichen
wünschenswerten
Ergebnissen in dem gesamten Betriebsbereich eines gegebenen Motors
haben. Daher können
Brennstoffeinspritzsysteme mit einer Vielzahl von unterschiedlichen
Fähigkeiten
im allgemeinen Brennstoffeinspritzsysteme mit enger gefassten Fähigkeiten/Bereichen
schlagen, und zwar zumindest bezüglich
ihrer Fähigkeit,
und erwünschte
Emissionen zu reduzieren. Beispielsweise hat der Sprung von einer
Nockensteuerung zu einer elektronischen Steuerung bei Brennstoffeinspritzsystemen
in verschiedenen Kategorien wesentlich geringere Emissionen zugelassen,
einschließlich
NOx, Kohlenwasserstoffen und Ruß, ist jedoch
nicht auf diese eingeschränkt.
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Ein Gebiet, welches vielversprechend
bei der Verringerung von unerwünschten
Emissionen erscheint, wird oft als Zündung mit homogener Ladungskompression
(HCCI = Homogenous Charge Compression Ignition) bezeichnet. In einem
HCCI-Motor wird Brennstoff früh
in dem Kompressionszyklus eingespritzt, um eine vollständige Vermischung
mit der Zylinderluft zu gestat ten, um in idealer Weise eine magere
homogen vermischte Lagdung zu bilden, bevor die Bedingungen in dem
Zylinder eine Selbstzündung
verursachen. Motoren, die in einem HCCI-Betriebszustand arbeiten,
haben relativ niedrige Ausstösse
von unerwünschten
Emissionen gezeigt. Obwohl eine HCCI-Strategie erfolgversprechend
erscheint, hat sie ihre eigenen Probleme. Beispielsweise kann HCCI
bzw. die Zündung
mit homogener Ladungskompression extrem hohe Anstiegsraten des Zylinderdruckes
und Kraftbelastungen zur Folge haben, was sie besonders wünschenswert
in der unteren Hälfte
des Betriebsbereiches des Motors macht. Viele suchen auch nach Wegen,
die Schwierigkeit bei der Steuerung der Zündzeitsteuerung von Motoren
anzusprechen, die mit einer HCCI-Strategie arbeiten. Somit ist zur
Zeit eine reine HCCI-Strategie für
die meisten kommerziellen Motoranwendungen mit herkömmlichen
Leistungsdichteanforderungen nicht geeignet.
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Diese Einschränkung von HCCI-Motoren ist in
der Technik angesprochen worden, indem man einen Motor mit einem
HCCI-Brennstoffeinspritzsystem und mit einem herkömmlichen
Brennstoffeinspritzsystem ausgerüstet
hat. Obwohl eine solche Strategie mit einem dualen System durchführbar erscheint,
machen die hohen Kosten und die komplexe Ausführung, die die zwei vollständigen Einspritzsysteme
mit sich bringen, dieses kommerziell schwierig durchführbar.
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Die vorliegende Erfindung ist darauf
gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Gemäß eines Aspekts werden zwei
Sätze von
Düsenauslässen einer
Brennstoffeinspritzvorrichtung mit ersten und zweiten Nadelventilgliedern basierend
auf der Verfügbarkeit
von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
und der Position eines Nadelsteuerventilgliedes geöffnet und
geschlossen. Die zwei Nadelventilglieder haben getrennte hydraulische
Verschlussflächen.
Mit geeigneten Sprühmustern
kann die Brennstoffeinspritzvorrichtung sowohl ein HCCI-Sprühmuster
als auch ein herkömmliches Einspritzsprühmuster
für einen
Diesel-Motor erzeugen.
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Gemäß eines weiteren Aspektes weist
ein Brennstoffeinspritzsystem eine Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen
auf, die jeweils erste und zweite Nadelventilglieder aufweisen.
Jedes der Nadelventilglieder weist eine getrennte hydraulische Verschlussfläche auf,
die dem Strömungsmitteldruck in
den getrennten Nadelsteuerkammern ausgesetzt ist. Zumindest die Öffnung von
mindestens einem der Nadelventilglieder wird gesteuert durch Positionierung
eines Nadelsteuerventilgliedes, welches gewisse Druckbedingungen
innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung bestimmt.
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Gemäß eines weiteren Aspektes weist
ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffeinspritzsystems einen
Schritt auf, Brennstoff durch einen Düsenauslasssatz mit homogener
Ladung einer Brennstoffeinspritzvorrichtung einzuspritzen. Dies
wird durchgeführt,
indem man zumindest teilweise ein Nadelsteuerventil in eine erste
Position bringt. Zusätzlich
weist das Verfahren einen Schritt auf, Brennstoff durch einen herkömmlichen
Düsenauslasssatz
der Brennstoffeinspritzvorrichtung zumindest teilweise einzuspritzen,
indem man ein Nadelsteuerventil in eine zweite Position bringt.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Motors und eines Brennstoffeinspritzsystems
gemäß eines
Aspekts der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine geschnittene diagrammartige Seitenansicht einer Brennstofteinspritzvorrichtung gemäß eines
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine geschnittene diagrammartige Seitenansicht des Düsenanordnungsteils
der Brennstofteinspritzvorrichtung der 2;
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4 ist
eine geschnittene diagrammartige Seitenansicht einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß eines
weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine geschnittene diagrammartige Seitenansicht einer Brennstoffeinspritzdüsenanordnung
gemäß eines
weiteren Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung;
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6a–6e sind
Kurvendarstellungen der Ducksteuerventilgliedposition, der Nadelsteuerventilgliedposition,
der Stösselposition,
der ersten und zweiten Nadelventilgliedpositionen und der Brennstoffeinspritzrate
gegenüber
der Zeit für
eine beispielhafte Einspritzsequenz den gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung
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Mit Bezug auf 1 weist ein Motor 10 ein Brennstoffeinspritzsystem 12 auf,
welches eine gemeinsame Druckleitung (Verteilerleiste) bzw. Common-Rail 16 besitzt,
weiter eine Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 und
eine Brennstoffquelle 18. In dem veranschaulichten Beispiel
weist der Motor 10 sechs Zylinder 11 auf, die
jeweils einen sich hin und her bewegenden Motorkolben 15 aufweisen.
Trotzdem wird der Fachmann erkennen, dass die vorliegende Erfindung
auf nahezu irgendeine Art eines Verbrennungsmotors anwendbar ist,
jedoch im Zusammenhang mit einem Sechs-Zylinder-Diesel-Motor veranschaulicht
ist. In dem veranschaulichten beispielhaften Ausführungsbeispiel
weist das Brennstofteinspritzsystem 12 hydraulische betätigte Brennstofteinspritzvorrichtungen 14 auf,
die ein Betätigungsströmungsmittel
verwenden, welches vom Brennstoff getrennt ist. Insbesondere zieht
die Betätigungsströmungsmittelschaltung
Strömungsmittel von
einer Quelle 20 für
Betätigungsströmungsmittel, welches
vorzugsweise Motorschmieröl
ist, wobei es jedoch irgendein anderes geeignetes und verfügbares Strömungsmittel
sein könnte,
wie beispielsweise Kühlmittel,
Getriebeöl
und sogar Brennstoff. Die Brennstoffquelle 18 stellt einen
herkömmlichen Brennstofftank
dar, der destillierten Dieselbrennstoff enthält. Obwohl die vorliegende
Erfindung im Zusammenhang mit einem Druck verstärkten hydraulisch betätigten Dual-Strömungsmittel-Brennstoffeinspritzsystem
veranschaulicht ist, findet die vorliegende Erfindung potenzielle
Anwendung bei einer großen Vielzahl
von Brennstoffeinspritzsystemen. Diese sind beispielsweise Systeme
mit einem einzigen Strömungsmittel,
die hydraulisch betätigte
Brennstoffeinspritzsysteme, mechanisch betätigte Brennstoffeinspritzsysteme,
Brennstoffeinspritzsysteme mit Pumpeneinheiten und auch Common-Rail-Systeme
sind, die geeignete Steuermerkmale aufweisen, die dem Fachmann bekannt
sind, sind jedoch nicht auf diese eingeschränkt.
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Niederdruck-Öl wird aus der Betätigungsströmungsmittelquelle 20 durch
eine Niederdruck-Pumpe 21 gezogen und zirkuliert. Dieses Öl mit relativ
niedrigen Druck wird dann im Filter 22 gefiltert und im
Kühler 23 gekühlt, bevor
es in einer Richtung zu den Motorschmieröldurchlässen 24 und in einer
anderen Erzeugungsrichtung zu einem Niederdruck-Betätigungsströmungsmittelversorgungsdurchlass 25 abgeleitet
wird. Die Strömungsmittelversorgung 25 ist
mit dem Einlass einer Hochdruck-Pumpe 26 verbunden, die
Hochdruck-Betätigungsströmungsmittel
zu der Common-Rail 16 über eine
Hochdruck-Versorgungsleitung 27 liefert. Jede Einspritzvorrichtung 14 weist
einen Betätigungsströmungsmitteleinlass 40 auf,
der mit der Common-Rail 16 über einen getrennten Verzweigungsdurchlass 28 verbunden
ist. Gebrauchtes Betätigungsströmungsmittel
tritt aus den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 in einen
Betätigungsströmungsmittelablauf 41 zur Rückzirkulation
zurück
zur Quelle 20 über
einen Ablaufdurchlass 29 aus.
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Der Druck in der Common-Rail 16 wird
vorzugsweise elektronisch durch ein elektronisches Steuermodul 36 gesteuert,
und zwar durch Steuerung der Ausgangsgrösse der Hochdruck-Pumpe 26. Dies
wird vorzugsweise erreicht durch Anpassung der Flusskapazität der Pumpe 26 an
die Flussanforderungen des Brennstoffeinspritzsystems 12.
Steuersignale werden von dem elektronischen Steuermodul 36 zur
Hochdruck-Pumpe 26 über
eine Kommunikationsleitung 43 übermittelt. Die Steuerung des
Druckes in der Common-Rail 16 wird vorzugsweise durch einen
Steuerungsalgorithmus (closed-loop)
erreicht, der ein elektronisches Steuermodul 36 aufweist,
welches Common-Rail-Drucksignale über eine Kommunikationsleitung 44 von
einem Drucksensor 45 aufnimmt. Somit wird in dem bevorzugten
System die Ausgabe der Pumpe durch eine Regelungsstrategie (open-loop)
gesteuert, die die Pumpenausgabe an die Systemanforderung angepasst,
während
der Druck in der Common-Rail 16 mit einer Steuerungsstrategie
(closed-loop) durch einen Vergleich des erwünschten Druckes mit dem abgefühlten Druck
gesteuert wird. Trotzdem wird der Fachmann erkennen, dass der Druck
in der Common-Rail 16 auf andere Arten gesteuert werden
könnte,
die in der Technik bekannt sind.
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Brennstoff wird zwischen den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 durch
eine Brennstoffzirkulationspumpe 31 zirkuliert, die Brennstoff
von der Quelle 18 zieht. Nachdem er in dem Brennstofffilter 32 gefiltert
worden ist, wird der Brennstoff zu den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 über eine
Brennstoffversorgungsleitung 33 geliefert. Die Brennstoffzirkulationspumpe 31 ist
vorzugsweise eine elektronische Pumpe, die die Kapazität hat, kontinuierlich
eine Brennstoffmenge zu zirkulieren, um die maximalen vorhergesagten
Anforderungen des Brennstoffeinspritzsystems 12 zu erfüllen. Nicht
verwendeter Brennstoff wird zur Quelle 18 über einen
Brennstoftrückleitungsdurchlass 35 in
herkömmlicher
Weise zurück
geleitet. Die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 werden
vorzugsweise durch das elektronische Steuermodul 36 über Steuersignale
elektronisch gesteuert, die zu den einzelnen Einspritzvorrichtungen über die
Kommunikationsleitungen 39 in herkömmlicher Weise übertragen
werden. Anders gesagt basieren die Steuersignale für die verschiedenen
Komponenten auf bekannten Sensorsignalen, die zu dem elektronischen
Steuermodul 36 von den Sensoren 37 über die
Kommunikationsleitungen 38 geliefert werden.
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Mit Bezug auf 2 weist im bevorzugten Ausführungsbeispiel
jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 eine Düsenanordnung 47 auf,
weiter einen Druckverstärker 48 und
ein Drucksteuerventil 49. Der Fachmann wird erkennen, dass,
obwohl die Brennstofteinspritzvorrichtung eine Düsenanordnung 47 und
einen Druckverstärker 48 und
ein Drucksteuerventil 49 aufweist, die alle in dem gleichen
Einspritzvorrichtungskörper 52 gelegen
sind, diese getrennten Merkmale in getrennten Körperkomponenten gelegen sein
könnten.
Zusätzlich
könnten
einige dieser Merkmale unterschiedliche Formen annehmen, ohne vom
beabsichtigten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise
könnten
sowohl das Drucksteuerventil 49 als auch der Druckverstärker 48 mit
einem nockengetriebenen Stössel
ersetzt werden, wobei die Nocke einen oder mehrere Ansätze haben
könnte,
und zwar abhängig
von der Anzahl der Einspritzschüsse,
die pro Motorzyklus erwünscht sind.
Zusätzlich
könnten
diese Komponenten durch eine Common-Rail für Brennstoff ersetzt werden,
die mit der Düsenanordnung 47 über eine
geeignetes Ventil verbunden ist, ohne vom beabsichtigten Umfang
der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Gemäß noch einer weiteren Variante
könnte
eine Brennstoftpumpeneinheit direkt mit der Düsenanordnung 47 verbunden
sein, oder eine Ölpumpeneinheit
könnte
mit dem Druckverstärker 48 verbunden
sein, und dies könnte
immer noch in den beabsichtigten Umfang der vorliegenden Erfindung
fallen. Somit können die
Aspekte bezüglich
der elektronischen Steuerung und der Druckaufladung des Brennstoffes
eine großen
Vielzahl von Strukturen verkörpern,
ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Das Drucksteuerventil 49 weist
eine erste elektrische Betätigungsvorrichtung 50 auf,
die vorzugsweise ein Elektromagnet ist, die jedoch irgend eine andere
geeignete elektrische Betätigungsvorrichtung
sein könnte,
wie beispielsweise eine Piezo-Vorrichtung oder eine Lautsprecherspule.
Eine Elektromagnetspule 53 ist betriebsmässig angeschlossen,
um einen Anker 54 zu bewegen, wenn sie erregt wird. Der
Anker 54 ist an einem Ducksteuerventilglied 55 angebracht
oder in anderer Weise betriebsmässig
damit gekoppelt, um sich damit zu bewegen. In dem veranschaulichten
Ausführungsbeispiel
ist das Ducksteuerventilglied 55 ein Kolbenventilglied,
der Fachmann wird jedoch erkennen, dass andere Arten von Ventilgliedern,
wie beispielsweise Sitzventilglieder, an seinen Platz treten könnten. Wenn
der Elektromagnet 50 abgeschaltet wird, spannt eine Vorspannfeder 42 das
Ducksteuerventilglied 55 nach links in eine Position, die
dem Betätigungsströmungsmittelhohlraum
58 mit
dem Niederdruck-Betätigungsströmungsmittelablauf 41 über einen
Ring 57 verbindet. Wenn die Elektromagnetspule 53 erregt
wird, bewegen sich der Anker 54 und das Steuerventilglied 55 nach
rechts gegen die Wirkung der Feder 42, um die Strömungsmittelverbindung zwischen
dem Betätigungsströmungsmittelhohlraum 58 und
dem Hochdruck-Betätigungsströmungsmitteleinlass 40 über den
Ring 56 zu öffnen.
Wenn dies auftritt, schließt
der Ring 57 die Strömungsmittelverbindung
zwischen dem Betätigungsströmungsmittelhohlraum 58 und
dem Betätigungsströmungsmittelablauf 41.
Somit wird, abhängig
von der Position des Ducksteuerventilgliedes 55 und abhängig von
dem Erregungszustand des Elektromagneten 50, der Betätigungsströmungsmittelhohlraum 58 entweder mit
dem Hochdruck-Betätigungsströmungsmitteleinlass 40 verbunden,
um Brennstoff innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung unter
Druck zu setzen, oder er wird mit dem Niederdruck-Betätigungsströmungsmittelablauf 41 verbunden,
um zu gestatten, dass die Brennstoffeinspritzvorrichtung sich selbst zwischen
den Einspritzereignissen zurücksetzt.
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Der Druckverstärker 48 weist einen
gestuften oberen Verstärkerkolben 60 auf,
der einen oberen Teil hat, der dem Strömungsmitteldruck in dem Betätigungsströmungsmittelhohlraum 58 ausgesetzt
ist. Obwohl dies nicht nötig
ist, weist der Verstärkerkolben 60 einen
gestuften oberen Teil auf, so dass das Hochdruck-Betätigungsströmungsmittel
effektiv nur über
einen Teil der Oberseite des Kolbens während des Anfangsteils seiner
Bewegung wirkt. Dies kann einen niedrigeren Einspritzdruck während des
Anfangsteils eines Brennstoffeinspritzereignisses zur Folge haben.
Abhängig
von der Form und von der Länge
des gestuften oberen Teils können
andere Frontend-Ratenformen
ebenfalls erzeugt werden, die Rampen-Frontenden und stiefelförmige bzw.
schuhförmige
Frontend-Ratenformung mit einschließen, jedoch nicht auf diese
eingeschränkt
sind. Der Verstärkerkolben 60 ist
nach oben zu seiner zurückgezogenen
Position durch eine Rückstellfeder 62 vorgespannt,
wie gezeigt. Zwischen den Einspritzereignissen wird verbrauchtes
Betätigungsströmungsmittel aus
dem Betätigungsströmungsmittelhohlraum
58 zum Betätigungsströmungsmittelablauf 41 ausgestoßen, wenn
sich der Ver stärkerkolben 60 unter
der Wirkung der Feder 62 zurückzieht. Ein Stössel 61 ist betriebsmässig angeschlossen,
um sich mit dem Verstärkerkolben 60 zu
bewegen, um Brennstoff in einer Brennstoffdruckkammer 63 unter
Druck zu setzen, wenn er seinem abwärts gerichteten Pumphub ausführt. Wenn
der Stössel 61 und
der Verstärkerkolben 60 sich
zurückziehen
wird frischer Niederdruck-Brennstoff in die Brennstoffdruckkammer 63 über einen
Niederdruck-Brennstoffzirkulationsdurchlass 59 gedrückt und über ein
Rückschlagventil 69 geleitet.
Der Niederdruck-Brennstoffzirkulationsdurchlass 59 ist
strömungsmittelmässig mit
dem Brennstoffeinlass 34 über den Ringraum verbunden, der
durch das Spiel zwischen dem Einspritzvorrichtungskörpergehäuse und
dem Stapel der Komponenten der Einspritzvorrichtung innerhalb davon
erzeugt wird. Weil der Verstärkerkolben 60 einen
größeren Durchmesser
hat als der Stössel 61 kann
der Brennstoffdruck in der Brennstoffdruckkammer 63 auf mehrmals
die Größe angehoben
werden, wie jene des Betätigungsströmungsmitteldruckes,
das in der Common-Rail 16 enthalten ist (1).
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Zusätzlich mit Bezug auf 3 weist die Düsenanordnung 47 einen
Düsenversorgungsdurchlass 64 auf,
der sich zwischen der Brennstoffdruckkammer 63 und einem
Düsenauslasssatz 65 für homogene
Ladung und einem herkömmlichen
Düsenauslasssatz 66 erstreckt.
Das Öffnen
und Schließen
der Düsenauslasssätze 65 und 66 wird
gesteuert durch ein erstes Nadelventilglied 67 bzw. ein
zweites Nadelventilglied 68. Wenn der Stössel 61 seinem
abwärts
gerichteten Pumphub ausführt
kann der Düsenversorgungsdurchlass 64 als
ein Hochdruck-Durchlass angesehen werden, der Brennstoff auf Einspritzdruckpegeln
enthält.
Welcher der Düsenauslasssätze, das
heißt
der Düsenauslasssatz 65 für homogene
Ladung oder der herkömmliche
Düsenauslasssatz 66,
sich während
eines Einspritzereignisses öffnen
wird, hängt
von der Positionierung des Nadelsteuerventilgliedes 72 ab,
welches betriebsmässig
mit einer zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung 51 gekoppelt
ist. Der Düsenauslasssatz 65 für homogene
Ladung weist einen oder mehrere Düsenauslässe auf, die in einem relativ
geringen Winkel mit Bezug auf die Mittellinie der Einspritzvorrichtung
orientiert sind. Der Fachmann wird erkennen, dass der Düsenauslasssatz
für homogene Ladung
in einer Weise orientiert ist, um eine Vermischung von Brennstoff
und Luft zu erzeugen, wenn der Motorkolben seinen Kompressionshub
ausführt. Der
herkömmliche
Düsenauslasssatz 66 weist
einen oder mehrere Düsenauslässe auf,
die mit einem relativ großen
Winkel mit Bezug zur Mittellinie des Einspritzvorrichtungskörpers in
herkömmlicher
Weise orientiert sind.
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Das erste Nadelventilglied 67 weist
eine hydraulische Verschlussfläche 81 auf,
die dem Strömungsmitteldruck
in der ersten Nadelsteuerkammer 80 ausgesetzt ist, und
eine hydraulische Öffnungsfläche 91,
die dem Strömungsmitteldruck
in dem Düsenversorgungsdurchlass 64 über den
Strömungsmittelverbindungsdurchlass 88 ausgesetzt
ist. Das erste Nadelventilglied 67 ist zu einer unteren
Position in Kontakt mit dem ersten Ventilsitz 90 vorgespannt, um
den Düsenauslasssatz 65 für homogene
Ladung durch eine erste Vorspannfeder 82 zu schließen, die in
der ersten Nadelsteuerkammer 80 angeordnet ist.
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Das zweite Nadelventilglied 68 weist
eine zweite hydraulische Verschlussfläche 86 auf, die dem
Strömungsmitteldruck
in einer zweiten Nadelsteuerkammer 84 ausgesetzt ist, und
eine hydraulische Öffnungsfläche 94,
die dem Strömungsmitteldruck
in dem Düsenversorgungsdurchlass 64 ausgesetzt
ist. Das zweite Nadelventilglied 68 ist normalerweise nach
unten in Kontakt mit dem zweiten Nadelsitz 93 vorgespannt,
um den herkömmlichen
Düsenauslasssatz 66 über die
Wirkung der zweiten Vorspannfeder 85 zu schließen. Zusätzlich ist
das zweite Nadelventilglied 68 nach unten in Kontakt mit
dem zweiten Nadelsitz 93 über das erste Nadelventilglied 94 vorgespannt,
welches gegen den ersten Ventilsitz 90 über die Wirkung der ersten
Vorspannfeder 82 drückt.
Die Stärken
der Federn 82 und 85 genauso wie die Größe der hydraulischen Öffnungsflächen 91 und 94 sind
vorzugsweise so, dass sowohl das erste als auch das zweite Nadelventilglied ähnliche
Ventilöffnungsdrücke haben.
Trotzdem wird der Fachmann erkennen, dass diese Aspekte variiert
werden könnten,
um unterschiedliche Ventilöffnungsdrücke für die zwei
unterschiedlichen Nadelventilglieder zu erzeugen, um gewisse erwünschte Effekte
zu erzeugen. Der Fachmann wird erkennen, dass das zweite Nadelventilglied 68 mindestens
zwei getrennte, jedoch verbundene Komponenten aufweist. Wie für dieses Patent
verwendet, könnte
ein Ventilglied von irgendeiner Bauart aus einer oder mehreren Komponenten
sein, die aneinander angebracht sind oder in anderer Weise gekoppelt
sind, um sich zusammen als eine Einheit zu bewegen. Die maximale
nach oben gerichtete Laufdistanz des Nadelventilgliedes 67 wird
durch die Dicke des Abstandshalters und durch die Anschlagstückteile
des ersten Nadelventilgliedes bestimmt, die in der ersten Nadelsteuerkammer 80 gelegen
sind. Die maximale nach oben gerichtete Laufdistanz des Nadelventilgliedes 68 wird durch
den Abstandshalter 89 definiert, der vorzugsweise ein Teil
mit einer Dickenkategorie ist. Die erste Nadelsteuerkammer 80 ist
im wesentlichen strömungsmittelmässig von
der zweiten Nadelsteuerkammer 84 durch einen Führungsteil 81 isoliert.
Genauso ist die zweite Nadelsteuerkammer 84 im wesentlichen
strömungsmittelmässig von
dem Düsenversorgungsdurchlass 64 über eine
Führungsregion 87 isoliert.
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Die Positionierung des Nadelsteuerventilgliedes 72 bestimmt,
welche der Nadelsteuerkammern 80 oder 84 mit dem
hohen Druck in dem Düsenversorgungsdurchlass 64 verbunden
ist, und daher, welches der Nadelventilglieder 67 oder 68 sich
während
eines Einspritzereignisses in eine offenen Position anheben wird.
Die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 51 wird
vorzugsweise betriebsmässig
mit dem Nadelsteuerventilglied 72 über eine Verbindung mit einem
Anker 71 gekoppelt. Die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 51 ist
als Elektromagnet gezeigt, könnte
jedoch irgend eine andere geeignete elektrische Betätigungsvorrichtung
sein, die eine Piezo-Vorrichtung
oder einen Lautsprechermagneten aufweisen kann, jedoch nicht auf
diese eingeschränkt
ist. Das Nadelsteuerventilglied 72 ist normalerweise nach
unten in Kontakt mit dem zweiten Ventilsitz 75 über eine
Vorspannfeder 73 vorgespannt. Wenn es in dieser Position
ist, ist die zweite Nadelsteuerkammer 84 strömungsmittelmässig mit dem
Düsenversorgungsdurchlass 64 über einen Druckverbindungsdurchlass 77 verbunden,
und zwar über
einen ersten Ventilsitz 74 und über einen Verbindungsdurchlass 76.
Wenn es in dieser Position ist, ist die erste Nadelsteuerkammer 80 strömungsmittelmässig von
dem Düsenversorgungsdurchlass 64 auf Grund
des Verschlusses des zweiten Ventilsitzes 75 isoliert.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die erste Nadelsteuerkammer 80 ein geschlossenes Volumen
außer
einem zweiten Druckverbindungsdurchlass 78. In manchen
Fällen
kann das wünschenswert
sein, die erste Nadelsteuerkammer 80 mit dem ringförmigen Niederdruck-Brennstoffzirkulationsdurchlass 59 über einen
eingeschränkten
Entlastungsdurchlass 98 zu verbinden (der in 3 gestrichelt gezeigt ist).
Das Vorsehen eines nicht eingeschränkten jedoch einschränkenden
Entlastungsdurchlasses 98 kann in jenen Fällen wünschenswert sein,
wo die Leckage von Hochdruck-Brennstoff in die erste Nadelsteuerkammer 80 während eines
Einspritzereignisses ausreicht, um zu bewirken, dass das erste Nadelventilglied 67 frühzeitig
geschlossen wird. Wenn der Entlstungsdurchlass 98 nicht
vorgesehen ist, kann das erste Nadelventilglied 67 sich
in seine obere, offene Position in dem relativ geschlossenen Volumen
der ersten Nadelsteuerkammer 80 heben, da dieses auf einem
niedrigen Druck sein wird, wenn das Einspritzereignis eingeleitet
wird, wenn die zweite Betätigungsvorrichtung 51 entregt ist.
Vorzugsweise wird der Entlastungsdurchlass 98 weggelassen,
und die Verringerung des Volumens der Nadelsteuerkammer 80,
die durch das Anheben des Nadelventilgliedes 67 verursacht
wird, wird durch die Komprimierbarkeit des Brennstoffes aufgenommen.
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Wenn die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 51 erregt
ist, zieht die Elektromagnetspule 70 den Anker 71 an
und hebt das Nadelsteuerventilglied 72 nach oben, um den
ersten Ventilsitz 74 zu schließen und den zweiten Ventilsitz 75 zu öffnen. Wenn
dies auftritt wird die erste Nadelsteuerkammer 80 strömungsmittelmässig mit
dem hohen Druck in dem Düsenversorgungsdurchlass 64 verbunden,
um zu verhindern, dass das erste Nadelventilglied 67 sich
von seinem ersten Nadelsitz 90 auf Grund der hohen hydraulischen
Druckkraft anhebt, die auf die hydraulische Verschlussfläche 81 wirkt.
Vorausgesetzt, die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 51 wird
erregt, bevor der Brennstoffdruck in Düsenversorgungsdurchlass 64 für ein Einspritzereignis
gestiegen ist, wird ein niedriger Druck in der zweiten Nadelsteuer kammer 84 auf
Grund des Verschlusses des Ventilsitzes 74 vorhanden sein.
Vorzugsweise ist die zweite Nadelsteuerkammer 84 ein geschlossenes
Volumen außer
dem Druckverbindungsdurchlass 77, könnte jedoch mit dem Niederdruck-Brennstoffzirkulationsdurchlass 59 über einen
nicht eingeschränkten
jedoch begrenzten Entlastungsdurchlass 99 in dem Fall verbunden
sein, dass eine Brennstoffleckage zwischen den verschiedenen Komponenten wichtig
ist. Wenn die zweite Nadelsteuerkammer 84 auf einem niedrigen
Druck ist, und wenn der Brennstoffdruck in dem Düsenversorgungsdurchlass 64 auf Einspritzpegel
ansteigt und auf die hydraulische Öffnungsfläche 94 wirkt, wird
sich das zweite Nadelventilglied 68 nach oben anheben,
um den herkömmlichen
Düsenauslasssatz 66 zum
Düsenversorgungsdurchlass 64 zu öffnen. Der
Fachmann wird erkennen, dass wenn das zweite Ventilglied 68 sich
in seine offene Position anhebt, sich auch das erste Nadelventilglied 67 anhebt,
wobei jedoch der Düsenauslasssatz 65 für homogene
Ladung blockiert bleibt, da das erste Nadelventilglied 67 in
Kontakt bleibt, um den ersten Nadelsitz 90 zu schließen. Der
Ablassdurchlass 99 wird vorzugsweise weggelassen, kann jedoch
vorgesehen werden, wenn eine Leckage und/oder eine Strömungsmittelverdrängung, die durch
die Bewegung des Nadelventilgliedes in eine offenen Position verursacht
wird, die Notwendigkeit einer Entlastung nötig machen. Zusätzlich dazu
oder alternativ dazu kann ein Entlastungsdurchlass 97 verwendet
werden, um den Leckagefluss zu steuern, der in Verbindung mit einem
Ring im äußeren Nadelventilglied 68 ist.
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Mit Bezug auf 4 ist eine hydraulisch betätigte Brennstofteinspritzvorrichtung 114 sehr ähnlich jener,
die in 2 gezeigt ist,
außer
dass sie einen Verbindungsdurchlass 176 aufweist, der mit
dem Betätigungsströmungsmittelhohlraum 158 verbunden
ist, und nicht einen Verbindungsdurchlass 76, der strömungsmittelmässig mit
dem Düsenversorgungsdurchlass 64 verbunden
ist, wie im Ausführungsbeispiel
der 2 gezeigt. Somit
wird in dem Ausführungsbeispiel
der 4 Betätigungsströmungsmittel
zu den Nadelsteuerkammern basierend auf der Positionierung des Nadelsteuerventilgliedes 172 geleitet,
und zwar basierend auf dem Erregungszustand der elektrischen Betätigungsvorrichtung 151.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel
der 2 wird das Ducksteuerventilglied 155,
welches den Druck in dem Betätigungsströmungsmittelhohlraum 158 steuert,
bezüglich
seiner Position durch eine erste elektrische Betätigungsvorrichtung 150 gesteuert. Somit
ist das Ausführungsbeispiel
der 4 nahezu identisch
mit dem Ausführungsbeispiel
der 2, außer dass
Hochdruck-Öl
oder Niederdruck-Öl
auf die hydraulische Verschlussfläche der Nadelventilglieder
aufgebracht wird, und nicht Brennstoffdruck, wie im Ausführungsbeispiel
der 2.
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Mit Bezug auf 5 könnte
eine Düsenanordnung 274 anstelle
der Düsenanordnung 47 eingesetzt
werden, die in dem Ausführungsbeispiel
der 2 gezeigt ist, oder
könnte
eine allein stehende Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einer Bauart
eines Brennstoffeinspritzsystems sein, die andere Mittel aufweist,
als jene, die in den 1 und 2 gezeigt sind, um den Brennstoff
unter Druck zu setzen und den Fluss des Brennstoffes zu der Brennstoffeinspritzvorrichtung
zu steuern. Dieses Ausführungsbeispiel
weicht von der in 3 gezeigten
Düsenanordnung 47 dahingehend
ab, dass sein Verbindungsdurchlass 276 strömungsmittelmässig mit
dem Niederdruck-Brennstoffzirkulationsbereich 259 verbunden
ist, und nicht mit einem Verbindungsdurchlass 76, der strömungsmittelmässig mit
dem Düsenversorgungsdurchlass 64 verbunden
ist, wie bei dem Ausführungsbeispiel
der 2-3. Somit bewegt sich in diesen Ausführungsbeispiel
das Nadelsteuerventilglied 272 zwischen dem ersten Ventilsitz 274 und dem
zweiten Ventilsitz 275, um entweder die erste Nadelsteuerkammer 280 oder
die zweite Nadelsteuerkammer 284 mit dem Niederdruck-Brennstoffdurchlass 259 zu
verbinden. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die erste Nadelsteuerkammer 280 strömungsmittelmässig mit
dem Düsenversorgungsdurchlass 264 über einen
nicht eingeschränkten
Verbindungsdurchlass 243 verbunden, der eine Flussbegrenzung 242 aufweist,
die einschränkender
ist als eine Flussbegrenzung 244, die in dem Entlastungsverbindungsdurchlass 276 gelegen
ist. Wegen diesen Flussbegrenzungen und den verschiedenen Durchlasswegen
wird die erste Nadelsteuerkammer 280 auf einen relativ
geringen Druck ab fallen, wenn das Nadelsteuerventilglied 272 in
seiner unteren Position ist, die den ersten Ventilsitz 274 öffnet. Anders gesagt
wird der Druck in der ersten Nadelsteuerkammer 280 irgendwo
zwischen jenem in dem Düsenversorgungsdurchlass 264 und
dem niedrigen Druck in dem Brennstoffzirkulationsdurchlass 259 sein.
Weil die Flusseinschränkung 242 einschränkender
ist als die Flusseinschränkung 244,
wenn sie in dieser Position ist, wird die Nadelsteuerkammer 280 auf
einem relativ niedrigen Druck sein, da sie strömungsmittelmässig mit
dem Niederdruck-Brennstoffzirkulationsdurchlass 259 über den
Druckverbindungsdurchlass 278 und einen Entlastungsverbindungsdurchlass 276 verbunden
ist.
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Wenn die elektrische Betätigungsvorrichtung 251 erregt
wird, um das Nadelsteuerventilglied 272 nach oben zu heben,
um den zweiten Ventilsitz 275 zu öffnen, wird die zweite Nadelsteuerkammer 284 strömungsmittelmässig mit
dem Niederdruck-Brennstoffzirkulationsdurchlass 259 über den
Druckverbindungsdurchlass 277 und den Entlastungsverbindungsdurchlass 276 verbunden.
Wenn dies auftritt, wird der Druck in der Nadelsteuerkammer 284 irgendwo
zwischen jenem in dem Düsenversorgungsdurchlass 264 und
dem Brennstoftzirkulationsdurchlass 259 sein, da die zweite
Nadelsteuerkammer 284 strömungsmittelmässig über einen
nicht eingeschränkten
Verbindungsdurchlass 241 mit dem Düsenversorgungsdurchlass 264 verbunden
ist. Weil jedoch die Flusseinschränkung 240 mehr einschränkt als
die Flusseinschränkung 244 wird
der Druck in der zweiten Nadelsteuerkammer 284 abfallen,
wenn das Nadelsteuerventilglied 272 in seiner oberen Position ist,
die den Sitz 275 öffnet.
Wie bei den früheren
Ausführungsbeispielen
steuert ein erstes Nadelsteuerventilglied 276 das Öffnen und
Schließen
von einem Düsenauslasssatz 256 für homogene
Ladung. Das erste Nadelventilglied 276 weist eine hydraulische Verschlussfläche 281 auf,
die dem Strömungsmitteldruck
in der ersten Nadelsteuerkammer 280 ausgesetzt ist. Das
zweite Nadelventilglied 286 steuert das Öffnen und
Schließen
des herkömmlichen
Düsenauslasssatzes 266.
Das zweite Nadelventilglied 286 weist eine hydraulische
Verschlussfläche 286 auf,
die dem Strömungsmitteldruck
in der zweiten Nadelsteuerkammer 284 ausgesetzt ist.
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Der Fachmann wird erkennen, dass
alle der veranschaulichten Ausführungsbeispiele
ein erstes Nadelventilglied zeigen, welches zumindest teilweise innerhalb
des zweiten Nadelventilgliedes in konzentrischer Beziehung positioniert
ist. Zusätzlich
ist der Ventilsitz für
das erste Nadelventilglied auf einer Innenseite des zweiten Nadelventilgliedes
gelegen. Der Fachmann wird erkennen, dass die ineinander liegende
Beziehung zwischen den zwei Nadelventilgliedern vorzuziehen ist,
jedoch nicht absolut notwendig ist. Anders gesagt, sollte das zweite
Nadelventilglied in einer gewissen anderen räumlichen Beziehung mit Bezug
auf auf das andere und auf den Einspritzvorrichtungskörper liegen,
ohne vom beabsichtigten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Mit Bezug auf die 1-3 und
die Kurvendarstellungen der 6a–6e wird
eine beispielhafte Einspritzsequenz gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Vor dem Beginn einer Einspritzsequenz werden die ersten und zweiten
elektrischen Betätigungsvorrichtungen 50 und 51 entregt,
und ein niedriger Druck herrscht in der gesamten Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 vor.
Anders gesagt wird das Ducksteuerventilglied 55 zu einer
Position vorgespannt, die den Betätigungsströmungsmittelhohlraum 58 mit
dem Niederdruck-Ablaufauslass 41 verbindet. Zusätzlich sind
der Stössel 61 und
der Verstärkerkolben 60 in
ihren zurückgezogenen
Positionen, und die Brennstoffdruckkammer 63 ist auf einem niedrigen
Druck, weil sie strömungsmittelmässig über das
Rückschlagventil 69 mit
dem Niederdruck-Brennstoffzirkulationsdurchlass 59 verbunden ist.
Dies hat auch zur Folge, dass der Düsenversorgungsdurchlass 64 und
die verschiedenen Durchlässe,
die mit dem Nadelsteuerventil assoziiert sind, auf einem niedrigen
Druck sind. In der bevorzugten Version der vorliegenden Erfindung
sind zwei unterschiedliche Düsenauslasssätze vorzugsweise
für eine
Brennstoffeinspritzungen mit homogener Ladungskompression und eine
herkömmliche
Brennstoffeinspritzung konfiguriert. Somit ist ein Einspritzereignis
mit homogener La dung wünschenswert, und
zwar irgendwo nachdem der Motorkolben 15 seinen aufwärts gerichteten
Kompressionshub beginnt, jedoch vorzugsweise wenn der Kolben näher an einer
unteren Totpunktposition als an einer oberen Totpunktposition ist.
In einem solchen Fall wird der Brennstoff früh eingespritzt, und die Versprühung von Brennstoff
wird relativ nach unten in den Motorzylinder 11 gezielt,
um die beste mögliche
Vermischung über
die Zeitperiode zu begünstigen,
wenn der Motorkolben seinen Kompressionshub vollendet.
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Kurz vor dem gewünschten Zeitpunkt für ein Einspritzereignis 100 mit
homogener Ladungskompression, wie in 6e gezeigt
wird Strom an die elektrische Betätigungsvorrichtung 15 geliefert,
um das Ducksteuerventilglied 55 nach rechts zu bewegen, um
den Niederdruck-Ablauf 41 zu schließen und den Betätigungsströmungsmittelhohlraum 58 zum
Hochdruck-Betätigungsströmungsmitteleinlass 40 zu öffnen. Wenn
dies auftritt, fließt
Hochdruck-Betätigungsströmungsmittel
in die Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 und wirkt auf
den Verstärkerkolben 60, was
bewirkt, dass dieser und der Stössel 61 sich nach
unten bewegen, um den Brennstoff in der Brennstoffdruckkammer 63 unter
Druck zu setzen. Dies wird durch die beginnende aufwärts gerichtete Neigung
in 6c gezeigt, jedoch
ist die Bewegung des Ducksteuerventilgliedes aus einer geschlossenen
Position in eine offenen Position in 6a gezeigt.
Die Abwärtsbewegung
des Stössels 61 bewirkt,
dass der Brennstoffdruck in der Brennstoffdruckkammer 63 schnell
auf Einspritzpegel ansteigt. Wenn der Druck in den Düsenversorgungsdurchlass 64 ansteigt,
wird ein hoher Druck zu der zweiten Nadelsteuerkammer 84 über den
Verbindungsdurchlass 76 und den ersten Druckverbindungsdurchlass 77 übermittelt.
Als solches wird das zweite Nadelventilglied 68 in einer
unteren geschlossenen Position bleiben, wie in 6d in gestrichelter Linie gezeigt. Weil jedoch
die erste Nadelsteuerkammer 80 auf einem niedrigen Druck
aufgrund des Verschlusses des zweiten Ventilsitzes 75 ist,
wird sich das erste Nadelventilglied 67 nach oben anheben,
um den Düsenauslasssatz 65 für homogene
Ladung zu öffnen, wenn
der Brennstoffdruck einen Ventilöffnungsdruck überschreitet,
der ausreicht, um die Vorspannfeder 82 zu überwinden.
Diese Öffnung
des ersten Nadelventilgliedes 67 ist mit der durchgezogene
Linie in 6d gezeigt.
Wie erwartet beginnt der Brennstoff für das Einspritzereignis 100 mit
homogener Ladung zu sprühen,
wenn das erste Nadelventilglied sich in eine offenen Position anhebt,
wie in 6e gezeigt. Kurz
bevor die erwünschte
Brennstoffmenge eingespritzt worden ist, wird das Einspritzereignis 100 mit homogener
Ladung beendet durch Entregung der elektrischen Betätigungsvorrichtung 50,
um den Druck auf den Verstärkerkolben 60 durch Öffnung des
Betätigungsströmungsmittelhohlraumes 58 zum Niederdruck-Ablauf 41 abzulassen.
Wenn dies auftritt hört
die Abwärtsbewegung
des Stössels 61 und
des Verstärkerkolbens 60 auf,
und die beiden werden beginnen, sich mit einer Rate zurückzuziehen,
die durch die Stärke
der Rückstellfeder 62 beeinflusst
wird. Diese Rückzugsbewegung
ist in 6c durch den relativ
langen geneigten Teil der Bewegung des Stössels gezeigt. Wenn der Stössel 61 sich
verlangsamt und schließlich
seine abwärts
gerichtete Bewegung stoppt, fällt
der Brennstoffdruck in der Brennstoffdruckkammer 63 und
im Düsenversorgungsdurchlass 64 ebenfalls
schnell ab. Wenn der Brennstoffdruck unter einen Ventilverschlussdruck
fällt,
bewegt sich das erste Nadelventilglied 67 nach unten, um den
Auslasssatz 65 für
homogene Ladung unter der Wirkung der Vorspannfeder 82 zu
schließen.
Mit dem Aufsetzen des ersten Nadelventilgliedes 67 auf
dem Ventilsitz 90 wird das Einspritzereignis 100 mit
homogener Ladung vollendet. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung hat
die Fähigkeit,
sich mit der Rückzugsbewegung
des Stössels 61 und
des Verstärkerkolbens 60 zurückzusetzen,
wenn der eingespritzte Brennstoff sich mit der Luft im Motorzylinder
während
des Kompressionshubes vermischt. Wenn nichts weiter getan werden
würde,
würde sich
die homogene Ladung im Motorzylinder 15 selbst zünden, wenn
der Motorkolben in der Region der oberen Totpunktposition ist.
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Der Fachmann wird erkennen, dass
irgendeine Anzahl von Ereignissen mit homogener Ladungskompression
zu irgend einem gewünschten Zeitpunkt
ausgeführt
werden kann. Abhängig
von der Struktur der speziellen Brennstofteinspritzvorrichtung und
des speziellen Brennstoffeinspritzsystems kann das Einspritzereignis
mit homogener Ladung auf mehr als eine Art beendet werden. In der
ersten Art und Weise wird die elektrische Betätigungsvorrichtung 50 ausgeschaltet,
um den Brennstoffdruck unter einen Ventilverschlussdruck zu reduzieren,
was bewirkt, dass das erste Nadelventilglied 67 sich nach unten
zu seiner geschlossenen Position unter der Wirkung der Vorspannfeder 82 bewegt.
In dem Fall, dass die Entlastungsdurchlässe 98 und 99 nicht
verwendet werden, kann das Einspritzereignis mit homogener Ladung
auch beendet werden durch Erregung der zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung 51,
um das Einspritzereignis zu beenden, während der Brennstoffdruck immer
noch relativ hoch ist. In einem solchen Fall wird die Aufwärtsbewegung des
Nadelsteuerventilgliedes 72 den hohen Druck in der zweiten
Nadelsteuerkammer 84 einfangen, was bewirkt, dass das zweite
Nadelventilglied 68 in seiner unteren geschlossenen Position
bleibt. Jedoch wird die Aufwärtsbewegung
des Nadelsteuerventilgliedes 72 den Sitz 75 öffnen und
die ersten Nadelsteuerkammer 80 mit dem Hochdruck-Strömungsmittel
im Düsenversorgungsdurchlass 64 verbinden,
was bewirkt, dass das erste Nadelventilglied 67 abrupt
unter der Wirkung des hydraulischen Druckes und seiner Vorspannfeder 82 schließt. Der
Fachmann wird auch erkennen, dass verschiedene Ratenformungen des Endes
der Einspritzung in dem Falle ausgeführt werden können, dass
die Brennstoffeinspritzvorrichtung eine Struktur hat, die in 2 gezeigt ist, die nicht
die Entlüftungen 98 oder 99 aufweist,
wie in den nicht durchgezogenen Linien der 3 gezeigt. Anders gesagt kann die Zeitsteuerung
bei der Entregung der elektrischen Betätigungsvorrichtung 50 relativ
zur Entregung der zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung 51 so
eingestellt werden, dass dies bewirkt, dass das erste Nadelventilglied 67 sich
zu einer geschlossenen Position bewegt, und zwar irgendwo zwischen
dem maximalen Brennstoffdruck und dem Ventilverschlussdruck, der
durch die Vorspannfeder 82 definiert wird.
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In der beispielhaften veranschaulichten
Einspritzsequenz der 6a-e folgt
auf das Einspritzereignis 100 mit homogener Ladung zu einem
späteren Zeitpunkt
ein herkömmliches
Einspritzereignis 101. Um das herkömmliche Einspritzereignis 101 zu
erzeugen wird die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 51 vorzugsweise
erregt, bevor der Brennstoffdruck in der Einspritzvorrichtung 14 den
Ventilöffnungsdruck
des ersten Nadelventilgliedes 67 erreicht. In der Kurvendarstellung
der 6a und 6b wird die zweite elektrische
Betätigungsvorrichtung vor
der ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 50 erregt.
Wenn man dies so tut bewegt sich das Nadelsteuerventilglied nach
oben, um den ersten Ventilsitz 74 zu schließen und
dem zweiten Ventilsitz 75 zu öffnen. Dies hat zur Folge,
dass die zweite Nadelsteuerkammer 84 mit dem niedrigen
Druck eingeschlossen bzw. abgeschlossenen wird, während die ersten
Nadelsteuerkammer 80 strömungsmittelmässig mit
dem Düsenversorgungsdurchlass 64 über den
Verbindungsdurchlass 76 und den Druckverbindungsdurchlass 78 verbunden
wird. Jedoch wird der Fachmann erkennen, dass die alleinige Bewegung der
Nadelsteuerkammer, bevor die Brennstoffeinspritzvorrichtung unter
Druck gesetzt wird, zur Folge hat, dass sowohl das erste als auch
das zweite Nadelventilglied 67 und 68 in seiner
unteren geschlossenen Position bleibt. Kurz vor dem Beginn des herkömmlichen
Einspritzereignisses 101 wird die erste elektrische Betätigungsvorrichtung 50 erregt,
um den Betätigungsströmungsmittelhohlraum 58 mit
dem Hochdruck-Betätigungsströmungsmitteleinlass 40 zu verbinden.
Genauso wie zuvor, wirkt das Hochdruck-Betätigungsströmungsmittel auf den Verstärkerkolben 60,
und der Stössel 61 wird
nach unten getrieben, um den Brennstoff in der Brennstoffdruckkammer 63 unter
Druck zusetzen. Wenn der Brennstoffdruck ansteigt wird dieser Druck
auf die ersten Nadelsteuerkammer 80 übertragen und wirkt auf die hydraulische
Verschlussfläche
81, um das erste Nadelventilglied 67 in Kontakt mit dem
Ventilsitz 90 zu halten, um den Düsenauslasssatz 65 für homogene Ladung
zu schließen
oder zu blockieren. Jedoch wirkt dieser gleiche Anstieg des Brennstoffdruckes auf
die hydraulische Öffnungsfläche 94 des
zweiten Nadelventilgliedes 68, was bewirkt, dass dieser
beide Nadelventilglieder nach oben hebt, um den herkömmlichen
Düsenauslasssatz 66 zu öffnen, wenn der
Brennstoffdruck einen Ventilöffnungsdruck überschreitet,
was mit der Größe der verschiedenen
hydraulischen Oberflächen
und Federn 82 und 85 in Beziehung steht. Dieses
Anheben der beiden Nadelventilglieder, um den herkömmlichen
Düsenauslasssatz 66 zu öffnen, ist
in 6d gezeigt. Kurz
vor dem erwünschten
Ende des herkömmlichen
Einspritzereignisses wird die erste elektrische Betätigungsvorrichtung 50 abgeschaltet,
um das Ducksteuerventilglied 55 zurück zu einer Position zu bewegen,
die den Betätigungsströmungsmittelhohlraum 58 mit dem
Niederdruck-Betätigungsströmungsmittelablauf 44 verbindet.
Dies hat zur Folge, dass der Stössel 61 und
der Verstärkerkolben 60 anhalten,
und schließlich
beginnen, sich zurückzuziehen,
wie in 6c gezeigt. Durch
Verlangsamung und Beendigung der Abwärtsbewegung des Stössels 61 fällt der
Brennstoffdruck in der Brennstoffdruckkammer 63 und im Düsenversorgungsdurchlass 64 schnell
unter einen Ventilöffnungsdruck,
was bewirkt, dass die ersten und zweiten Nadelventilglieder sich
zusammen nach unten bewegen, um den Ventilsitz 93 zu schließen und
den herkömmlichen
Düsenauslasssatz 66 zu blockieren.
Dieser Aspekt ist in 6d gezeigt.
Mit dem Verschluss des Sitzes 93 endet das herkömmliche
Einspritzereignis 101. Ein schärferer bzw. schnellerer Verschluss
der äußeren Nadel 68 kann erreicht
werden durch Abschnitt des Stroms zum Ventil 51 vor dem
Ventil 50. Eine gewisse Zeit nachdem der Brennstoffdruck
unter den Ventilöffnungsdruck
für das
erste Nadelventilglied 67 gefallen ist, und vorzugsweise
nachdem die erste elektrische Betätigungsvorrichtung 50 ausgeschaltet
worden ist, wird die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 51 ausgeschaltet,
um das Nadelsteuerventilglied 72 in seine untere Position
zurück
zu bringen.
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Der Fachmann wird erkennen, dass
während die
Nadelsteuerkammern 80 und 84 nicht entlüftet sind,
wie gestrichelt mit den Entlüftungen
bzw. Entlastungen 98 und 99 in 3 gezeigt, das herkömmliche Einspritzereignis in
anderer Weise beendet werden kann. Anders gesagt kann das herkömmliche Einspritzereignis
beendet werden durch Entregung der zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung 51, um
Hochdruck-Brennstoff auf die hydraulische Verschlussfläche 86 des
zweiten Nadelventilgliedes 68 aufzubringen. Wenn dies auftritt
bewirkt der hohe Druck, der sowohl auf die hydraulische Verschlussfläche 81 als
auch auf die hydraulische Verschlussfläche 86 wirkt, dass
sich sowohl das Nadelventilglied 67 als auch 68 nach
unten bewegt, um den herkömmlichen
Düsenauslasssatz 66 zu
schließen.
Somit kann dieser Aspekt der Erfindung eine gewisse Ratenformung
des Endes der Einspritzung in einer Weise gestatten, die zuvor beschrieben
wurde, so dass der Brennstoffdruck am Ende der Einspritzung, wenn
das Nadelventilglied beginnt, sich zu einer geschlossenen Position
zu bewegen, zwischen dem maximalen Einspritzdruck und dem Ventilverschlussdruck
des Nadelventilgliedes ausgewählt
werden kann. Obwohl nur ein einziges herkömmliches Einspritzereignis
gezeigt wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die vorliegende
Erfindung eine Vielzahl von herkömmlichen
Einspritzereignissen zu erwünschten
Zeitpunkten durchführen
kann.
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Die Brennstoffeinspritzvorrichtung
der 4 arbeitet in ähnlicher
Weise, außer
dass die Einspritzereignisse durch einschalten oder ausschalten
der ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 150 begonnen
und beendet werden. Anders gesagt, ungeachtet dessen, welche der
Nadelsteuerkammern zu einem Niederdruck-Bereich entlüftet wird,
wird jedes Einspritzereignis begonnen durch Erregung der ersten
elektrischen Betätigungsvorrichtung 150 und
beendet durch Entregung dieser. In der in 4 gezeigten Struktur wirkt die zweite
elektrische Betätigungsvorrichtung 151 als
ein Schalter, um zu bestimmen, welche Art der Einspritzung stattfinden
wird. Wenn die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 151 ausgeschaltet
ist, wird ein Einspritzereignis mit homogener Ladung auftreten.
Wenn die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 151 vor
der elektrischen Betätigungsvorrichtung 150 eingeschaltet
bzw. erregt wird, wird ein herkömmliches
Einspritzereignis auftreten. Das Ausführungsbeispiel der 4 hat auch die Fähigkeit,
jedes der Einspritzereignisse durch Veränderung des Erregungszustandes
der zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung 151 zu
beenden, wie bezüglich
der nicht entlüfteten
Version der Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 beschrieben.
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Mit Bezug auf 5 wird ein Einspritzereignis eingeleitet,
wenn der Düsenversorgungsdurchlass 64 mit
einer Hochdruck-Brennstoffquelle verbunden ist. Dieser Hochdruck-Brennstoff
kann von einer Common-Rail, von unterhalb eines nockenbetätigten Stössels, von
einer Pumpeneinheit oder von einer Brennstoffdruckkammer einer in 2 gezeigten Bauart kommen.
Unter der Annahme, dass die Düsenanordnung 247 anstelle
der Düsenanordnung 47 der 2 eingesetzt wird, wird
ein Einspritzereignis mit homogener Ladung eingeleitet durch Erregung der
ersten Betätigungsvorrichtung 50,
um den Betätigungsströmungsmittelhohlraum 58 für Hochdruck-Betätigungsströmungsmittel 40 zu öffnen. Dies bewirkt,
dass der Kolben 60 und der Stössel 61 sich nach
unten bewegen, um den Brennstoff in der Brennstoffdruckkammer 63 und
dem Düsenversorgungsdurchlass 264 unter
Druck zu setzen. Die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 251 bleibt
in einem nicht erregten Zustand, so das das Nadelsteuerventilglied 272 den
zweiten Sitz 275 schließt, jedoch den ersten Sitz 274 öffnet. Wenn
es in dieser Position ist, ist die ersten Nadelsteuerkammer 280 strömungsmittelmässig mit
dem Niederdruck-Brennstoffdurchlass 259 über den
Druckverbindungsdurchlass 278 und den Verbindungsdurchlass 276 verbunden. Weil
die Flusseinschränkung 242 mehr
einschränkt als
die Flusseinschränkung 244 wird
der Druck in der Nadelsteuerkammer 280 steigen, wird jedoch
relativ zu dem Hochdruck-Brennstoff in dem Düsenversorgungsdurchlass 264 niedrig
bleiben. Dies wird gestatten, dass das erste Nadelventilglied 267 sich
anhebt, um den Düsenauslasssatz 265 für homogene Ladung
zu öffnen,
wenn der Brennstoffdruck einen Ventilöffnungsdruck überschreitet.
Andererseits wird das zweite Nadelventilglied 268 in der
unteren Position bleiben, was den herkömmlichen Düsenauslasssatz 266 blockiert,
da der Sitz 275 geschlossen ist, was zur Folge hat, dass
die zweite Nadelsteuerkammer 284 bezüglich des Druckes auf hohem
Pegel ansteigt, die mit dem Düsenversorgungsdurchlass 264 assoziiert
sind. Kurz vor dem erwünschten
Ende des Einspritzereignisses mit homogener Ladung wird die erste
elektrische Betätigungsvorrichtung 50 entregt, was
bewirkt, dass der Brennstoffdruck in der gesamten Brennstoffeinspritzvorrichtung
unter die Ventilöffnungsdrücke abfällt, was
zur Folge hat, dass das erste Nadelventilglied 267 sich
nach unten bewegt, um den Düsenauslasssatz 265 für homogene
Ladung unter der Wirkung seiner Vorspannfeder zu schließen.
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Ein herkömmliches Einspritzereignis
wird erreicht durch Erregung der zwei ten elektrischen Betätigungsvorrichtung 251,
bevor der Druck wesentlich in der Düsenanordnung 247 ansteigt,
und vorzugsweise vor der Erregung der ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 50.
Wenn dies auftritt wird der erste Ventilsitz 274 geschlossen,
und der zweite Ventilsitz 275 wird geöffnet. Wenn dies auftritt wird
die Nadelsteuerkammer 284 strömungsmittelmässig mit dem
Niederdruck-Brennstoffdurchlass 259 über den Druckverbindungsdurchlass 277 und
den Verbindungsdurchlass 276 verbunden. Jedoch wird die
erste Nadelsteuerkammer 280 nur mit dem Düsenversorgungsdurchlass 264 über den
Durchlass 243 verbunden. Weil die Flusseinschränkung 240 vorzugsweise
mehr einschränkt
als die Flusseinschränkung 244 wird
ein Anstieg des Druckes in dem Düsenversorgungsdurchlass 264 zur
Folge haben, dass der Brennstoffdruck in der zweiten Nadelsteuerkammer 284 relativ
niedrig bleibt. Als solches wird das zweite Nadelventilglied 268 sich
zu seiner offenen Position anheben, um den herkömmlichen Düsenauslasssatz 266 zu öffnen, wenn
der Brennstoffdruck in dem Düsenversorgungsdurchlass 264 einen
Ventilöffnungsdruck überschreitet.
Das herkömmliche
Einspritzereignis wird beendet durch abschalten der ersten elektrischen
Betätigungsvorrichtung 250,
um den Betätigungsströmungsmittelhohlraum 58 mit
dem Niederdruck-Ablaufdurchlass 241 wieder zu verbinden. Dies
bewirkt einen Abfall des Brennstoffdruckes in der gesamten Brennstoffeinspritzvorrichtung,
was bewirkt, dass das zweite Nadelventilglied 268 und das
erste Nadelventilglied 267 sich nach unten gemeinsam bewegen,
um den herkömmlichen
Düsenauslasssatz 266 zu
schließen,
um das herkömmliche Einspritzereignis
zu beenden.
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Der Fachmann wird erkennen, dass
bei allen unterschiedlichen Versionen der vorliegenden Erfindung
jedes Einspritzereignis mit homogener Ladung eingeleitet wird, indem
man das Nadelsteuerventil in eine erste Position bringt. Diese erste
Position entspricht vorzugsweise einer Position, in der die Nadelsteuerkammer,
die mit dem ersten Nadelventilglied assoziiert ist, auf einem relativ
niedrigen Druck während
des Einspritzereignisses bleiben kann. Dies wird erreicht durch
Isolation der Nadelsteuerkammer von dem Hochdruck-Brennstoff, wie
im Ausführungsbeispiel
der 2, und zwar durch
Isolation der ersten Nadelsteuerkammer gegenüber dem Hochdruck-Brennstoff und durch
Ableitung von diesem über
einen optionalen Entlastungsdurchlass 98, wie in 3 gezeigt, oder durch Isolation
der ersten Nadelsteuerkammer gegenüber dem Hochdruck-Brennstoff
und durch Verbindung davon mit einem Ablauf über das Nadelsteuerventil,
wie im Ausführungsbeispiel
der 5 gezeigt. Wenn
somit das Nadelsteuerventilglied in seiner ersten Position ist,
ist die erste Nadelsteuerkammer strömungsmittelmässig mit
einem Niederdruck-Durchlass und/oder einem Hochdruck-Durchlass verbunden.
Abhängig
von der Struktur der einzelnen Einspritzvorrichtung könnte die
erste Nadelsteuerkammer strömungsmittelmässig mit dem
Düsenversorgungsdurchlass über einen
nicht eingeschränkten
Durchlass verbunden sein, wie in 5 gezeigt,
könnte
strömungsmittelmässig mit
einem Niederdruck-Brennstoffzirkulationsdurchlass über einen
nicht eingeschränkten
Entlastungsdurchlass 98 verbunden sein, wie in 3 mit gestrichelten Linien
gezeigt, oder könnte
weder mit dem Düsenversorgungsdurchlass
noch mit dem Niederdruck-Durchlass verbunden sein, außer durch
das Nadelsteuerventil.
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Wenn es erwünscht ist, ein herkömmliches Einspritzereignis
auszuführen,
wird das Nadelsteuerventilglied zu einer Position bewegt, die gestattet, dass
die zweite Nadelsteuerkammer auf einem relativ niedrigen Druck während des
Einspritzereignisses ist. Dies gestattet, dass das zweite Nadelventilglied sich
in eine offenen Position anhebt, um den herkömmlichen Düsenauslasssatz zu öffnen. Im
Fall des in 2 gezeigten
Ausführungsbeispiels
hat dies zur Folge, dass die erste Nadelsteuerkammer strömungsmittelmässig mit
dem Hochdruck-Düsenversorgungsdurchlass 64 verbunden
ist, und dass die zweite Nadelsteuerkammer 84 von dem hohen
Druck über
den Verschluss eines zweiten Ventilsitzes 75 isoliert ist.
In dem Ausführungsbeispiel
der 3 bewirkt die Bewegung
des Nadelsteuerventilgliedes 72, dass die zweite Nadelsteuerkammer 84 von
dem hohen Druck im Düsenversorgungsdurchlass 64 isoliert ist,
jedoch mit dem Niederdruck-Brennstoffversorgungsdurchlass 69 über den
optionalen, nicht eingeschränkten
Entlastungsdurchlass 99 verbunden ist. In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel
wird das herkömmliche
Einspritzereignis auch eingeleitet durch Bewegung des Nadelsteuerventilgliedes 272. Jedoch
bewirkt dies in diesem Fall, dass die zweite Nadelsteuerkammer 84 strömungsmittelmässig sowohl
mit dem Düsenversorgungsdurchlass 264 als auch
mit dem Niederdruck-Brennstoffdurchlass 259 verbunden ist,
jedoch bewirkt die Existenz der Flusseinschränkung 240 und 244,
dass der Druck in der zweiten Nadelsteuerkammer 284 genau
unter jenem in den Düsenversorgungsdurchlass 264 gehalten wird.
Somit wird in allen Versionen der vorliegenden Erfindung die Einspritzung
von Brennstoff durch den herkömmlichen
Düsenauslasssatz
zumindest teilweise dadurch erreicht, dass man das Nadelsteuerventil in
eine zweite Position bringt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, welches in 2 gezeigt ist, hat die Anordnung des Nadelsteuerventilgliedes
in seiner ersten Position zur Folge, dass die hydraulische Verschlussfläche des zweiten
Nadelventilgliedes dem Hochdruck-Brennstoff
ausgesetzt wird. Dies gestattet, dass das erste Nadelventilglied,
welches den Düsenauslasssatz
für homogene
Ladung steuert, sich für
ein Einspritzereignis mit homogener Ladung öffnet. Genauso hat die Anordnung
des Nadelsteuerventilgliedes in seiner zweiten Position zur Folge,
dass die hydraulische Verschlussfläche des ersten Nadelventilgliedes
dem Hochdruck-Brennstoff ausgesetzt wird. Dies hält die Düsenauslässe für homogene Ladung geschlossen, während zugelassen
wird, dass die herkömmlichen Düsenauslässe für ein herkömmliches
Einspritzereignis geöffnet
werden. Im Fall des in 4 gezeigten
Ausführungsbeispiels
sind die hydraulischen Verschlussflächen dem Hochdruck-Öl oder dem
Niederdruck-Öl
ausgesetzt, um diese gleichen Zwecke zu erreichen. In jedem der
beispielhaften veranschaulichenden Ausführungsbeispiele ist das Nadelsteuerventil
vorzugsweise ein Drei-Wege-Nadelsteuerventil. Trotzdem wird der
Fachmann erkennen, dass andere Ventilstrukturen verwendet werden
könnten.
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Die vorliegende Erfindung findet
potenzielle Anwendung bei jedem Brennstoffeinspritzsystem, wo es
wünschenswert
ist, dass zwei unterschiedliche Sprühmuster verfügbar sind.
Vorzugsweise entsprechen diese zwei unterschiedlichen Sprühmuster
einem Sprühmuster
für Einspritzung
mit homoge ner Ladung und einem Sprühmuster für herkömmliche Einspritzung. Trotzdem
wird der Fachmann erkennen, dass die beiden unterschiedlichen Sprühmuster nur
den unterschiedlich bemessen Auslässen entsprechen, wie beispielsweise
für eine
Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einem Dual-Brennstoffmotor,
wo die Voreinspritzungen verwendet werden, um gasförmigen Brennstoff
und eine Luftmischung zu zünden,
oder wenn der Motor mit einem herkömmlichen destillierten Diesel-Brennstoff
alleine läuft.
Die vorliegende Erfindung hat vorzugsweise die Fähigkeit, in einem rein homogenen
Betriebszustand zu arbeiten, in einem gemischten homogenen und herkömmlichen
Betriebszustand, wie in 6a–e gezeigt,
und in einem rein herkömmlichen
Betriebszustand. Dies sollte gestatten, dass ein Motor, der mit einem
Brennstoffeinspritzsystem der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist,
geringe Emissionen in einem weiten Bereich von Motorbetriebszuständen erreicht.
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Es sei bemerkt, dass die obige Beschreibung nur
zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen ist, und nicht den Umfang
der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise einschränken soll.
Somit wird der Fachmann erkennen, dass andere Aspekte, Ziele und
Vorteile der vorliegenden Erfindung aus einem Studium der Zeichnungen,
der Offenbarung und der beigefügten
Ansprüche
erhalten werden können.