DE19520423A1

DE19520423A1 - Brennstoffeinspritzsteuerungsventil mit zweifachen Elektromagneten

Info

Publication number: DE19520423A1
Application number: DE19520423A
Authority: DE
Inventors: Dale C Maley; Ronald D Shinogle; Mark F Sommars; Oded Eddie Sturman
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1994-06-02
Filing date: 1995-06-02
Publication date: 1995-12-07
Also published as: US5494219A; JPH07332197A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Brennstoffeinspritzsysteme und insbesondere auf elektro nisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen und Drucksteuerventile dafür.

Stand der Technik

Ein Beispiel einer elektrisch gesteuerten Einheitsbrenn stoffeinspritzvorrichtung ist im US-Patent Nr. 4 392 612, ausgegeben an Deckard et al am 12. Juli 1983, gezeigt. Bei Deckard et al umfaßt die Einspritzvorrichtung einen mechanisch betätigten Brennstoffpumpplunger oder -kolben und eine elektrisch betätigte Brennstoffdrucksteuer ventilanordnung. Die Drucksteuerventilanordnung umfaßt ein elektromagnetbetätigtes Sitzventil, das den Strö mungsmitteldruck in der Einheitseinspritzvorrichtung steuert, um die Brennstoffeinspritzlieferung zu steuern Es wird in steuerbarer Weise ermöglicht, daß sich Brenn stoffdruck innerhalb der Einspritzvorrichtung aufbaut bzw. entwickelt durch elektrische Betätigung der Druck steuerventilanordnung. Es wird in steuerbarer Weise ver hindert, daß sich Brennstoffdruck innerhalb der Ein spritzvorrichtung aufbaut bzw. entwickelt, und zwar dadurch, daß die Drucksteuerventilanordnung nicht elektrisch betätigt wird.

Bei derartigen elektrisch gesteuerten Einheitseinspritz vorrichtungen wird der Elektromagnet elektrisch erregt ansprechend auf ein elektronisches Steuermodul, und der Anker der Drucksteuerventilanordnung bewegt das Sitz ventil in einer Richtung, bis es mit einem Ventilsitz in Eingriff kommt. Der Elektromagnet wird elektrisch erregt gehalten und hält das Sitzventil in der Brennstoffab dichtposition, um zu ermöglichen, daß sich Brennstoff druck in der Einheitseinspritzvorrichtung aufbaut, was schließlich zur Brennstoffeinspritzung führt, wenn ein vorbestimmter Ventilöffnungsdruck (VOP) erreicht ist. Am Ende des Brennstoffeinspritzzyklus wird der Elektromagnet elektrisch enterregt oder abgeschaltet und eine Rückkehr feder hebt das Sitzventil von dem Ventilsitz ab und läßt es in die offene Ventilposition zurückkehren, in der die Entwicklung von Brennstoffdruck verhindert wird, indem Brennstoff zurück zu dem Brennstoffreservoir oder -tank laufen gelassen wird.

Verschiedene Probleme wurden bei diesen gegenwärtig ver fügbaren Drucksteuerventilanordnungen bemerkt und es ist wünschenswert, Lösungen dafür zu finden. Erstens müssen das elektronische Steuermodul oder assoziierte Treiber ausreichend Leistung an die Elektromagnetspule liefern, um das Sitzventil in der Brennstoffabdichtposition zu halten, so daß eine Brennstoffeinspritzung erreicht wer den kann. Es ist zweckmäßig, die Haltekrafterfordernisse zu minimieren, und zwar nicht nur, weil dies erforderli che Energie verringern würde, sondern auch um ein schnel leres Ventilöffnen zu erreichen.

Zweitens sind die gegenwärtig verfügbaren Drucksteuerven tilanordnungen langsam zu schließen, weil die elektroma gnetische Kraft, die von der Elektromagnetspule erzeugt wird, die der Rückkehrfederkraft überwinden muß, um das Sitzventil zu schließen. Die Rückkehrfederkraft ist rela tiv konstant während des Hubs des Sitzventils, da der Hub relativ klein ist, und sie wirkt daher der elektromagne tischen Kraft der Spule kontinuierlich entgegen, welche dahingehend wirkt, das Sitzventil zum geschlossenen Zustand hin zu bewegen.

Auch erfordern gegenwärtig verfügbare Drucksteuerventil anordnungen eine relativ große Anzahl von Teilen, so daß sie teuer herzustellen und langsam beim Betrieb sind. Ferner erhöht die relativ hohe Anzahl von Teilen bei ge genwärtig verfügbaren Einheiten die Herstellungskosten und vermindert die Zuverlässigkeit.

Weil derzeit verfügbare Strömungsmittelsteuerventile re lativ langsam sind, können sie kein ausreichend schnelles Ansprechverhalten liefern, um sehr kleine Mengen Brenn stoff pro Einspritzvorrichtungsbetätigung oder -hub zuzu messen. Geteilte Brennstoffeinspritzung, die wünschens wert ist, weil sie den thermischen Wirkungsgrad bzw. die Wärmeeffizienz des Motors verbessert, Motorgeräusch emissionen vermindert und die Emission unerwünschter Stickoxide (NO_x) senkt, erfordert das Zumessen von sehr kleinen Brennstoffmengen. Daher können derzeitige Strö mungsmittelsteuerventile nicht die gewünschte aufgeteilte Brennstoffeinspritzung vorsehen.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu lösen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine elektronisch gesteuerte Drucksteuerventilanordnung für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung einen Ventilsitz, ein bewegliches Ventilglied zum Steuern der Strömung von Brennstoff mittels Dichtkontakt mit dem Ventilsitz, je weilige Permanentmagneten, um das Ventilglied an entge gengesetzten Ventilpositionen zu halten bzw. zu verrie geln, und ein Paar von elektrischen Betätigern, wie bei spielweise Elektromagnete zum Lösen des Ventilglieds aus seiner verriegelten Position und zum Bewegen des Ventil glieds zu seiner entgegengesetzten Ventilposition. Die jeweiligen Permanentmagneten sehen ein magnetisches Feld vor, das mit dem Ventilglied gekoppelt ist und eine aus reichende Magnetkraft besitzt, um das Ventilglied zu hal ten bzw. zu verriegeln, wenn das Ventilglied an einer der entgegengesetzten Ventilpositionen positioniert ist.

Vorzugsweise ist das Ventilglied ein Sitzventil, das in der obersten Position verriegelt werden kann, so daß der Ventilsitz geöffnet ist, wodurch verhindert wird, daß eine Brennstoffeinspritzung auftritt. In der entgegen gesetzten Ventilsitzposition ist das Sitzventil in der untersten Position in abdichtendem Eingriff mit dem Ven tilsitz, so daß eine Brennstoffeinspritzung für einen Brennstoffeinspritzzyklus eingeleitet werden kann. Die jeweiligen Permanentmagneten erzeugen ein verriegelndes Magnetfeld von ausreichender Magentkraft, um das Sitzven til in entweder der oberen Ventilposition oder der unte ren Ventilposition verriegelt zu halten.

Wenn beispielsweise das Sitzventil in der oberen Ventil position verriegelt ist, so daß der Ventilsitz geöffnet ist, wird der obere elektrische Betätiger betriebsmäßig freigegeben,um ein geeignetes Magnetfeld entgegen dem verriegelnden Magnetfeld von dem Permanentmagneten zu liefern, das das Sitzventil in der oberen Ventilposition hält. Der untere elektrische Betätiger wird auch be triebsmäßig erregt, um ein geeignetes Magnetfeld von aus reichendem magnetischem Potential vorzusehen, um das Sitzventil von der oberen Ventilposition zu der unteren Ventilposition zu bewegen, wo das Sitzventil geschlossen ist, um schließlich eine Brennstoffeinspritzung zu bewir ken. Der untere Permanentmagnet sieht nun das verrie gelnde Magnetfeld vor zum Verriegeln des Sitzventils in der unteren Ventilposition. Ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß weder der obere elektrische Betätiger noch der untere elektrische Betäti ger erregt ist, wenn das Sitzventil in den oberen oder unteren Ventilpositionen verriegelt ist durch den jeweiligen Permanentmagneten, wodurch die erforderliche Energie verringert wird, die von dem Motorsteuermodul geliefert werden muß.

Um eine Brennstoffeinspritzung zu beenden, wird der un tere elektrische Betätiger betriebsmäßig erregt, um ein ausreichendes Magnetfeld vorzusehen, um das Sitzventil von seiner unteren, verriegelten Position zu lösen bzw. freizugeben. Der obere elektrische Betätiger wird be triebsmäßig erregt, um ein magnetisches Feld vorzusehen, das ausreichend ist, um das Sitzventil aus dem Ventilsitz und zu einer oberen Sitzventilposition zu bewegen, wo der obere Permanentmagnet das Sitzventil in der verriegelten, oberen Ventilposition halten wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden eine erste elektromagnetische Einrichtung, wie bei spielsweise eine obere Elektromagnetspule, und eine zwei te elektromagnetische Einrichtung, wie beispielsweise ei ne untere Elektromagnetspule, in Verbindung mit jeweili gen Permanentmagneten verwendet, wo die Permanentmagneten das Sitzventil in entgegengesetzten Sitzventilpositionen verriegeln. Um mit einer Brennstoffeinspritzung zu be ginnen, erzeugt eine Betriebsspannung, die an die obere Elektromagnetspule angelegt wird, ein Magnetfeld, das be ginnt, das Magnetfeld auszugleichen oder zu kompensieren, das durch den unteren Permanentmagneten erzeugt wird, um das Sitzventil aus der verriegelten, oberen Ventilposi tion zu lösen. Es wird auch eine ausreichende Spannung an die untere Elektromagnetspule angelegt, um ein Magnetfeld zu erzeugen und damit zu beginnen, das Sitzventil nach unten zu ziehen, und die Spannung an der oberen Spule wird dann beendet bzw. gestoppt. Die an die untere Elektromagnetsspule angelegte Spannung wird aufrecht erhalten, bis das Sitzventil mit dem Ventilsitz in Kontakt kommt, und die Spannung für die untere Elektro magnetspule wird dann abgeschaltet bzw. entfernt. Der untere Permanentmagnet verriegelt nun das Sitzventil gegen den Ventilsitz.

In dieser Position des Sitzventils wird verhindert, daß Brennstoff durch das Sitzventil hindurchläuft, so daß sich ein Einspritzdruck aufbauen kann, wenn sich der Plunger weiterhin nach unten bewegt. Wenn der ordnungs gemäße Ventilöffnungsdruck erreicht wurde, öffnet sich das Düsenrückschlagventil und Brennstoff wird in die Verbrennungskammer eingespritzt.

Um eine Brennstoffeinspritzung zu beenden, wird Betriebs spannung an die untere Elektromagnetspule mit der ord nungsgemäßen Polarität angelegt, um ein Magnetfeld zu er zeugen, das ausreichend ist, das verriegelnde Feld aus zugleichen bzw. zu kompensieren, das durch den unteren Permanentmagneten erzeugt wird. Dies neigt dazu, das Sitzventil aus der verriegelten unteren Position frei zugeben. Eine Betriebsspannung wird auch an die obere Elektromagnetspule mit der ordnungsgemäßen Polarität an gelegt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das ausreichend ist, um zu ermöglichen, daß das Sitzventil nach oben zu der oberen Ventilposition bewegt wird, und das Sitzventil wird damit beginnen, sich nach oben zu bewegen. Sobald die Sitzventilfläche leicht geöffnet ist, erzeugt eine Strömungsmittelströmung über die Sitzfläche des Sitzven tils hinweg, eine nach oben gerichtete Kraft, um die Sitzventilöffnungsansprechzeit zu verbessern.

Die Betriebsspannung an die untere Elektromagnetspule wird dann beendet bzw. gestoppt. Die Betriebsspannung an die obere Elektromagnetspule wird aufrechterhalten, bis das Sitzventil die obere Sitzventilposition erreicht, und die Spannung an die obere Elektromagnetspule wird dann entfernt bzw. abgeschaltet. Der obere Permanentmagnet verriegelt und hält nun das Sitzventil in der oberen Ventilposition. Wenn das Sitzventil damit beginnt, sich aus dem Sitzventil wegzubewegen, beginnt der Einspritz druck abzufallen bzw. zusammenzubrechen, da Brennstoff über die Sitzfläche hinweg strömt. Wenn der Ventilöff nungsdruck auf ein angemessenes Niveau abfällt, schließt sich das Düsenrückschlagventil, was eine Brennstoffein spritzung in die Verbrennungskammer beendet.

Diese Erfindung ist besonders zweckmäßig beim Vorsehen von Variationen oder Abweichungen von dem normalen Brenn stoffeinspritzzyklus. Beispielsweise ist es in der Tech nik für Diesel-Brennstoffeinspritzung bekannt, daß, wenn während des Brennstoffeinspritzzyklus eine kleine Menge Brennstoff eingespritzt werden kann vor der Hauptmenge von Brennstoff (was als "geteilte Brennstoffeinspritzung" ("split fuel injection") oder einfach als "geteilte Einspritzung" bekannt ist), verschiedene Motorleistungs vorteile realisiert werden können, wie beispielsweise niedrigeres Verbrennungsgeräuschniveau, niedrigere uner wünschte Motoremissionen, wie beispielsweise Stickoxide (NO_x) und besserer Motorwärmewirkungsgrad.

Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, mehr Flexibilität, insbesondere bei der Fähigkeit, geteilte Einspritzung zu erreichen, beim Steuern der Mo torleistung zu ermöglichen und Verbesserungen bei den Motorgeräuschniveaus vorzusehen, unerwünschte Motoremis sionen abzusenken und die Brennstoffeffizienz zu erhöhen. Ferner wird die betriebsmäßige Zuverlässigkeit des Steu erventils verbessert, weil keine Rückkehrfeder vorhanden ist, die versagen oder kaputtgehen könnte. Auch ergibt die vorliegende Erfindung schnellere Ansprechzeiten, weil keine Rückkehrfederkraft überwunden werdend muß, bevor eine Sitzventilbewegung eingeleitet werden kann, wie dies bei herkömmlichen Steuerventilen der Fall ist.

Geteilte Einspritzung kann erreicht werden mit der vor liegenden Erfindung unter Verwendung verschiedener Techniken zum Steuern des Betriebs der zwei elektrischen Betätiger oder Elektromagnetspulen, um die Position des Sitzventils bezüglich des Ventilsitzes zu steuern. Das heißt, sobald das Sitzventil zu der geschlossenen Ventil position auf dem Ventilsitz bewegt wurde, kann der Ein spritzdruck beginnen, sich aufzubauen, wenn sich der Plunger weiterhin nach unten bewegt und sobald der Dü senrückschlagventildruck überschritten wurde, um das Düsenrückschlagventil zu öffnen, kann eine Brennstoff einspritzung stattfinden. Wenn jedoch unmittelbar danach die elektrischen Betätiger wahlweise bzw. selektiv betä tigt werden, um eine Hubkraft vorzusehen, um das Sitz ventil von dem Ventilsitz zu heben, wird dies dazu neigen, den Einspritzdruck abrupt abzusenken und schließlich das Düsenrückschlagventil zu schließen, um die Brennstoffeinspritzung zu beenden.

Wenn nun die elektrischen Betätiger wahlweise bzw. selek tiv betriebsmäßig erregt werden, um das Sitzventil wieder nach unten zu der geschlossenen Sitzventilposition auf dem Ventilsitz zu bewegen, wird der Einspritzdruck wieder beginnen anzusteigen, und eine nahezu normale Brennstoff einspritzung kann erfolgen. Somit kann beispielsweise ein geteilter Einspritzzyklus vorgesehen werden, in dem ungefähr 5-10% des Brennstoffs in dem ersten Teil des Einspritzzyklus eingespritzt werden kann, der für unge fähr 10° der Kurbelwellendrehung dauern könnte, während ungefähr 90-95% der Brennstoffeinspritzung in dem Ein spritzzyklus während des Rests des Zyklus erfolgen kann, der ungefähr eine 30°-Drehung der Kurbelwelle ausmacht.

Entsprechend können verschiedene Betätigungen der zwei Elektromagnetspulen vorgesehen werden, um zu ermöglichen, daß sich das Sitzventil von dem Ventilsitz für eine kurze Periode während des Einspritzzyklus öffnet, um die er wünschten geteilten Einspritzzustände zu schaffen. Es kann entweder ein sequentieller oder aufeinanderfolgender Betrieb oder ein gleichzeitiger Betrieb, d. h. Synchroni sieren oder Einphasen bzw. "Phasing", der Elektromagnet spulen verwendet werden. "Sequentieller Betrieb" wird hierin definiert als selektives Erregen einer ersten Elektromagnetspule und dann Erregen der zweiten Elektro magnetspule, aber nur nachdem die übliche Elektromagnet betätigungsverzögerungszeit der ersten Spule abgelaufen ist. "Gleichzeitiger Betrieb" oder "Phasing" wird hier definiert als selektives Erregen einer ersten Spule und Erregen einer zweiten Spule entweder gleichzeitig oder während der üblichen Elektromagnetbetriebsverzöge rungszeit der ersten Spule.

Wenn beispielsweise obere und untere Elektromagnetspulen mit oberen und unteren Permanentmagneten verwendet wer den, werden bei einem sequentiellen Betrieb die Spulen selektiv betriebsmäßig erregt, um das Sitzventil aus der oberen offenen Ventilposition in die untere beschlossene Ventilposition zu bewegen, so daß der Einspritzdruck dann beginnt, sich aufzubauen. Ein Umkehren des Stroms in bei den Elektromagneten bei einem sequentiellen Betrieb kehrt die Kraft auf das Sitzventil um, was dazu neigt, das Sitzventil nach oben zu bewegen, und zwar weg von seiner geschlossenen Ventilposition und wenn das Sitzventil be ginnt, sich von dem Ventilsitz abzuheben, beginnt der Einspritzdruck abzufallen bzw. zusammenzubrechen, da Brennstoff über die Sitzfläche hinweg strömt. Dieses kurze Ansteigen und Abfallen des Einspritzdrucks kann derart ausgestaltet werden, daß es den Düsenrückschlagventil druck überschreitet, damit eine kleine Brennstoffein spritzung auftritt.

Das Umkehren des Stroms an die Elektromagnetspulen bei einem sequentiellen Betrieb bewegt nun das Sitzventil in einer Richtung nach unten zu dem Ventilsitz hin, um den Ventilsitz zu schließen und um dadurch zu ermöglichen, daß sich der Einspritzdruck wieder aufbaut. Der Strom wird dann von den Elektromagneten entfernt bzw. abge schaltet und das Sitzventil bleibt in der geschlossenen Ventilsitzposition verriegelt, um wieder zu ermöglichen, daß eine Brennstoffeinspritzung während dieses Einspritz zyklus auftritt. Ein geteilter Brennstoffeinspitzzyklus wird dadurch vorgesehen, wobei eine kleine Brennstoff einspritzung erfolgt, gefolgt von einer größeren Brenn stoffeinspritzung, die über ein längeres Zeitintervall hinweg während des Einspritzzyklus auftritt.

Phasing, d. h. gleichzeitiger Betrieb der elektronischen Betätiger kann auch verwendet werden, um eine geteilte Einspritzung zu erreichen. Beispielsweise kann in dem oben genannten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Elektromagnetspulen und zwei Permanentmagneten ein Pha sing des Betriebs einer Elektromagnetspule bezüglich der anderen verwendet werden, um die erwünschte geteilte Ein spritzung vorzusehen, und kann auch dazu verwendet wer den, andere wünschenswerte Charakteristika vorzusehen. Beispielsweise kann die obere Elektromagnetspule be triebsmäßig zuerst nur mit einer Energiemenge erregt wer den, die ausreichend ist, um der Verriegelungskraft des Permanentmagneten, die das Sitzventil in der oberen, of fenen Ventilposition hält, entgegenzuwirken. Somit kann der obere Elektromagnet zuerst erregt werden, um eine Freigabe des Sitzventils einzurichten und es für eine Antriebsbewegung durch die untere Elektromagnetspule vor zubereiten. Nach einem kurzen Intervall, nachfolgend nach dem betriebsmäßigen Erregen des oberen Elektromagneten, um ein Lösen bzw. eine Freigabe des Sitzventils zu gewährleisten und bevor die Elektromagnetbetätigungs nachlauf- oder -verzögerungszeit des oberen Elektromagne ten abgelaufen ist. Wird die untere Elektromagnetspule betriebsmäßig erregt mit einem größeren Strom, der aus reichend ist, um das Sitzventil nach unten in die ge schlossene Ventilposition auf dem Ventilsitz zu bewegen. Der Strom wird von beiden Elektromagnetspulen entfernt bzw. abgeschaltet, wenn der untere Permanentmagnet das Sitzventil in einer abgedichteten Position gegen den Ven tilsitz hält.

Dies ermöglicht, daß der Einspritzdruck damit beginnt, sich aufzubauen, bis das Düsenrückschlagventil geöffnet wird, so daß eine Brennstoffeinspritzung eingeleitet wird.

Nun wird das Phasing bzw. das Einphasen umgekehrt, so daß der Strom anfangs an die untere Elektromagnetspule gelie fert wird, und zwar in einer Richtung, um das Magnetfeld des unteren Permanentmagneten auszugleichen bzw. diesem entgegenzuwirken, was dazu neigt, das Sitzventil aus der geschlossenen Position freizugeben. Nach einem kurzen Zeitintervall und bevor die Elektromagnetbetriebsnach lauf- bzw. -verzögerungszeit des unteren Elektromagneten abgelaufen ist, wird Strom dann an die obere Elektroma gnetspule angelegt, und zwar in einer Richtung, die dazu neigt, das Sitzventil nach oben zu bewegen, bis es sich von dem Ventilsitz bewegt, wodurch bewirkt wird, daß der Einspritzdruck abfällt bzw. zusammenbricht und diese kurzzeitige Brennstoffeinspritzung beendet. Der Strom an die Elektromagnete wird wieder umgekehrt unter Verwendung von Phasing, d. h. gleichzeitigem Betrieb, so daß das Sitzventil in die geschlossene Position des Sitzventils liegenden Ventilsitz zurückgebracht wird, was wieder er möglicht, daß sich Einspritzdruck aufbaut, und was ermög licht, daß die zweite Brennstoffeinspritzung während die ses Brennstoffeinspritzzyklus erfolgt.

Als alternative Phasing- oder Einphastechnik kann Strom zuerst an den unteren Elektromagneten geliefert werden (wenn das Sitzventil in der oberen, offenen Ventilposi tion ist), so daß die untere Spule mit einer ausreichen den Energie versorgt wird, um das Sitzventil zu bewegen. Nach einem- kurzen Zeitintervall und innerhalb der Nach lauf- oder Verzögerungszeit des unteren Elektromagneten wird Strom an die obere Elektromagnetspule mit ausrei chender Energie angelegt, um dem verriegelnden Magnetfeld des oberen Permanentmagneten entgegenzuwirken. Somit wird bei dieser alternativen Phasing-Technik der untere Elek tromagnet mit einem Antriebsstrom versorgt und innerhalb der Nachlauf- oder Verzögerungszeit des unteren Elektro magneten wird der obere Elektromagnet mit dem Freigabe- oder Lösestrom versorgt, wohingegen bei der vorher be schriebenen Phasing- oder Einphaskonfiguration der obere Elektromagnet anfangs mit einem Freigabe- oder Lösestrom versorgt wurde und innerhalb der Nachlauf- oder Verzöge rungszeit des oberen Elektromagneten der untere Elektro magnet mit dem Antriebsstrom versorgt wurde.

In jedem Fall vermindert das Erregen eines Elektromagne ten, bevor die Nachlauf- oder Verzögerungszeit des ande ren Elektromagneten abgelaufen ist, den gesamten Ein spritzzyklus durch Vermindern bzw. Verkürzen der gesamten Elektromagnetverzögerungszeit, d. h. der Verzögerungszeit von dem Beginn des Stroms bis zu der Zeit, zu der ein an gemessenes Magnetkraftniveau erreicht ist, das dabei hilft, eine gewünschte Fähigkeit der geteilten Ein spritzung zu ermöglichen.

Entsprechend ist ersichtlich, daß man zum Erreichen einer geteilten Einspritzung mit Steuerventilen, die im allge meinen langsam wirkende Elektromagnete verwenden, die Ventile so schnell wie möglich zweimal hintereinander be tätigen muß. Jedoch ist ein wesentliches Zeitelement und wahrscheinlich das längste Zeitelement beim zweimaligen Betätigen eines Ventils die Elektromagnetverzögerungszeit sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen des Ventils. Bei einem sequentiellen oder aufeinanderfolgenden Betrieb muß die Verzögerungszeit einer Spule zu der Verzögerungs zeit der anderen Spule hinzugefügt werden, um die Gesamt zeit zu erhalten, die erforderlich ist, um den Ventil schließteil der ersten Einspritzung zu vervollständigen, und das gleiche Addieren der Verzögerungszeiten gilt für das Öffnen des Ventils. Bei einem gleichzeitigen Betrieb, d. h. beim Phasing, treten die Elektromagnetverzögerungs zeiten gleichzeitig auf, so daß, anstatt die zwei Ver zögerungszeiten zusammenzuaddieren, die Zykluszeit nur ein gewisser Prozentsatz oder Teil der gesamten Verzöge rungszeit beim sequentiellen Betrieb ist. Somit sieht ein Phasing oder gleichzeitiger Betrieb beider Elektromagnete gegenüber aufeinanderfolgendem oder sequentiellem Betrieb der Elektromagnete eine signifikante Verminderung der Verzögerungszeit vor, die ermöglicht, daß das Ventil schnell genug zweimal betätigt wird, um beim Erreichen einer geteilten Einspritzung mit nur allgemein langsam wirkenden Elektromagneten zu helfen. Wo schneller wir kende elektrische Betätiger in dem Steuerventil verwendet werden, kann eine geteilte Einspritzung erreicht werden unter Verwendung sequentiellen Betriebs in Überein stimmung mit der vorliegenden Lehre.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Steuerventil mit einem oberen Elektromagneten und einem unteren Elektromagneten versehen, die jeweils ge eignet sind, das Sitzventil jeweils aus der oberen, offe nen Sitzventilposition zu der unteren, geschlossenen Sitzventilposition gegen den Ventilsitz zu bewegen. In der oberen, offenen Sitzventilposition, hält Restmagne tismus das Sitzventil in dieser Position. Die obere Elek tromagnetspule wird betriebsmäßig mit einem Strom erregt, dessen Höhe ausreichend ist, um ein Magnetfeld zu erzeu gen, um den Restmagnetismus zu überwinden und wenn die untere Elektromagnetspule betriebsmäßig erregt wird, er gibt dies, daß das Sitzventil beginnt, sich nach unten zu bewegen, bis das Sitzventil mit dem Ventilsitz in Kontakt kommt. Wenn das Sitzventil mit dem Ventilsitz in Kontakt kommt, wird die Betriebsenergie an die untere Elektroma gnetspule auf ein Haltestromniveau vermindert, das ausreichend ist, um das Sitzventil in der geschlossenen Ventilposition zu halten.

Wenn der Ventilsitz geschlossen ist, beginnt der Ein spritzdruck dann sich aufzubauen, wenn sich der Plunger weiter nach unten bewegt, und nachdem der Düsenrück schlagventilöffnungsdruck überschritten wurde, wird Brenn stoff eingespritzt. Am Ende der Einspritzung wird die un tere Spule enterregt bzw. abgeschaltet und die obere Spule wird erregt, um das Sitzventil nach oben weg von dem Ventilsitz zu bewegen. Die obere Spule wird weiterhin erregt, bis der Anker, der an dem Sitzventil befestigt ist, ein oberes Polstück kontaktiert, was einen Luftspalt von Null und einen Verriegelungszustand erzeugt, der den Anker nach oben gegen das Polstück hält.

Während der oben beschriebene Betrieb einen normalen Ein spritzzyklus bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel unter Verwendung von zwei Elektromagnetspulen, Haltestrom und Restmagnetismus zum Verriegeln vorgesehen ist, kann geteilte Einspritzung auch vorgesehen werden, wie vorher beschrieben wurde, und zwar durch selektives Erregen der Elektromagnete.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein mechanisch betätigtes, elektronisch gesteuertes Einspritzvor richtungsbrennstoffsystem gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,

Fig. 2 ist ein Aufriß einer Einheitsbrennstoffeinspritz vorrichtung, die eine Drucksteuerventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt;

Fig. 3 ist Ansicht einer Steuerventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, teilweise im Schnitt;

Fig. 4 ist eine fragmentarische Schnittansicht des Sitz ventils, die einen flachen Sitz und ein konkaves Ende mit einem Schneidkantenventilglied darstellt;

Fig. 5 ist ein Zeitsteuerdiagramm, das die Elektromagnet betätigungswellenformen, die Sitzventilposition und einen normalen Brennstoffeinspritzzyklus dar stellt;

Fig. 6 ist ein Zeitsteuerdiagramm ähnlich dem von Fig. 5, das einen geteilten Brennstoffeinspritzzyklus mit sequentieller bzw. aufeinanderfolgender Betätigung der Elektromagneten gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung darstellt;

Fig. 7 ist ein Zeitsteuerdiagramm ähnlich zu dem der Fig. 5 und 6 und zeigt eine alternative Technik zum Er reichen eines geteilten Einspritzzyklus bei gleichzeitiger Betätigung der Elektromagneten gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ist eine Ansicht einer alternativen Steuerventil anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, teil weise im Schnitt;

Fig. 9 ist ein Graph bzw. eine Kennlinie von Magnetkraft in Abhängigkeit von der Härte und

Fig. 10 ist ein Zeitsteuerdiagramm, das Elektromagnetwel lenformen, Sitzventilpositionen und einen normalen Brennstoffeinspritzzyklus für das Ausführungsbei spiel von Fig. 8 darstellt.

Beste ′Art der Ausführung der Erfindung

In den Fig. 1-10 der Zeichnung bezeichnen die gleichen Bezugszeichen gleiche Elemente oder Merkmale in allen Zeichnungen. Bezugnehmend auf Fig. 1 ist dort ein Ein spritzvorrichtungsbrennstoffsystem 10 gezeigt. In den ge zeigten Ausführungsbeispielen ist das Brennstoffsystem 10 ein mechanisch betätigtes, elektronisch gesteuertes Ein heitseinspritzvorrichtungsbrennstoffsystem, das im weite ren als ein MEUI-Brennstoffeinspritzsystem bezeichnet wird. Ein beispielhaftes MEUI-Brennstoffeinspritzsystem 10, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist geeignet für einen Diesel-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor mit einer Anzahl von Motorkolben, von denen nur einer, d. h. Motor kolben 12, in Fig. 1 gezeigt ist aus Gründen der Einfach heit. Jeder Motorkolben und jeder entsprechende Motor zylinder wäre mit einer mechanisch betätigten, elektro nisch gesteuerten Einheitseinspritzvorrichtung 14 verse hen, die eine Brennstoffpumpanordnung 16 zum Liefern von Brennstoff an eine Düsenanordnung 18, die zu einer Spitze 20 führt, und eine Steuerventilanordnung 22 umfaßt zum elektronischen Steuern der Brennstoffeinspritzlieferung in dem MEUI-Brennstoffsystem 10.

Die schematische Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Brenn stoffeinspritzvorrichtung 14 kann in Beziehung gebracht oder korreliert werden mit den gleichen Bauteilen, die in dem Aufriß von Fig. 2 gezeigt sind. Ein Einspritzvor richtungskörper 24 verbindet die Steuerventilanordnung 22 mit der Brennstoffpumpanordnung 16, um zu ermöglichen, daß Brennstoffdruck aufgebaut oder entwickelt wird, oder um alternativ dazu den Brennstoff in steuerbarer Weise zurück zu dem Brennstofftank zu leiten, um das Aufbauen von Brennstoffdruck innerhalb der Einspritzvorrichtung 14 zu verhindern. Der Einspritzvorrichtungskörper 24 umfaßt einen oder mehrere beträchtliche Brennstoffdurchlässe zwischen der Steuerventilanordnung 22 und der Brennstoff pumpanordnung 16.

Bezugnehmend auf Fig. 1 liefert eine Niedrigdruck transfer- oder Übertragungspumpe 26 Brennstoff von einer Brennstoffquelle oder einem Tank 28 an die Brennstoff einspritzvorrichtungspumpanordnung 16 und über geeignete Durchlässe in dem Einspritzvorrichtungskörper 24 ist der Brennstoff mit der Steuerventilanordnung 22 gekoppelt bzw. verbunden. Einer oder mehrere Brennstoffleitungs filter können vorgesehen sein. Bezugnehmend auf Fig. 1 und 3 besitzt die elektromagnetisch betätigbare Steuer ventilanordnung 22 einen Einlaß 30 zum Empfangen bzw. zur Aufnahme des Brennstoffs und einen Auslaß 32, der den Brennstoff zu einer Brennstoffleitung oder einem Brenn stoffdurchlaß in dem Motorzylinderkopf abfließen läßt, um ihn schließlich zu der Brennstoffquelle 28 zurückkehren zu lassen. Die Steuerventilanordnung 22 umfaßt ein Paar erster und zweiter elektromagnetischer Einrichtungen oder Betätiger, wie beispielsweise Elektromagnete 34, 36, zum Empfangen von elektrischen Steuersignalen auf jeweiligen Eingangsleitungen 38, 40 von einem Motorsteuermodul 42.

Innerhalb der Pumpanordnung 16 ist ein Plunger 44 ange bracht, der durch einen motorbetriebenen Nocken 46 betä tigt wird. Der Nocken 46 ist seinerseits auf einer Motor kurbel bzw. Motorwelle 48 angebracht und die Nockenposi tion wird durch einen Nockenpositionssensor 50 abgefühlt und an das Motorsteuermodul 42 weiter gegeben bzw. mit diesem gekoppelt. Somit ist die Position des Kolbens 12, wie sie von der Motorkurbelwelle 48 bestimmt wurde, mit der Position des Plungers 44 synchronisiert, der von dem kurbelwellengetriebenen Nocken 46 betätigt wird, und ist in veränderbarer Weise synchronisiert mit der Betätigung der Elektromagnete 34, 36 von den Steuersignalen auf den jeweiligen Leitungen 38, 40 mittels des Motorsteuermoduls 42.

Die Steuerventilanordnung 22 umfaßt auch ein Paar von Permanentmagneten 52, 54. Die Permanentmagnete 52, 54 sind vorgesehen, um die Steuerventilanordnung 22 entweder in einer gewünschten offenen oder geschlossenen Ventilpo sition zu halten. Ein Ändern bzw. Verschieben aus der of fenen in die geschlossene Ventilposition oder umgekehrt wird vorgesehen durch geeignetes betriebsmäßiges Erregen der Elektromagnete 34, 36 mittels des Motorsteuermoduls 42.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird, wenn die Steuerven tilanordnung 22 in der gezeigten offenen Ventilposition ist, Brennstoff unter niedrigem Druck durch die Steuer ventilanordnung und den Auslaß 32 zurück zu der Brenn stoffleitung in dem Motorzylinderkopf gepumpt. Wenn sich der Kolben 12 in dem Motorzylinder bewegt und bei einer entsprechenden Bewegung des Plungers 44 in der Pumpan ordnung 16 wird eine Position erreicht, wo es wünschens wert ist, Brennstoff an den Motor zu liefern und das No torsteuermodul 42 sieht geeignete Steuersignale auf den Leitungen 38, 40 vor, um die Steuerventilanordnung 22 zu schließen. Dies blockiert in wirksamer Weise Brennstoff an dem Brennstoffeinlaß 30 der Steuerventilanordnung 22 und gestattet, daß der Brennstoff in der Pumpanordnung 16 unter Druck gesetzt wird. Schließlich wird bei fortge setzter bzw. ansteigender Nockenbetätigung ein Druck er reicht, der ein Düsenrückschlagventil 56 in der Düsen anordnung 18 betätigen wird, um zu gestatten, daß Brenn stoff durch die Spitze 20 strömt und in die Motorverbren nungskammer eingespritzt wird, die von dem Kolben 12 und dem Motorzylinder definiert wird. Nach der Lieferung einer ausreichenden Brennstoffmenge signalisiert das Motorsteuermodul 42 der Steuerventilanordnung 22, die Steuerventilanordnung zu öffnen, um dadurch die Ventil eingangsleitung 30 wieder mit der Ventilauslaßleitung 32 zu verbinden, was den Brennstoff ablaufen läßt und die Pumpanordnung 16 vom Druck befreit.

Entsprechend ist ersichtlich, daß das Öffnen und Schlie ßen der Steuerventilanordnung 22 das Unterdrucksetzen der Pumpanordnung 16 steuert und dadurch das Timing bzw. die Zeitsteuerung und die Menge von Brennstoff steuert, der an den Motor geliefert wird. Es ist daher wichtig, daß der Betrieb der Steuerventilanordnung 22 so schnell wie möglich während des Öffnens und Schließens erfolgen sollte.

Bezugnehmend auf Fig. 3 ist dort ein bevorzugtes Ausfüh rungsbeispiel einer Steuerventilanordnung 22 gezeigt, die die schnelle Ein/Aus-Wirkung vorsehen kann mit einem Minimum an Bauteilen und in einer zuverlässigen Weise, so daß sie wünschenswert ist zur Verwendung in dem MEUI- Brennstoffeinspritzsystem 10 von Fig. 1. Der Einspritz vorrichtungskörper 24 umfaßt Durchlässe, die geeignet sind zur Aufnahme des Brennstoffeinlasses 30 und des Brennstoffauslasses 32. Ein Ventilsitz 58 umfaßt einen abgewinkelten Durchlaß 60, der den Brennstoffeinlaß 30 mit einer Brennstoffkammer 62 verbindet, die oberhalb des Ventilsitzes 58 und unterhalb einer Führungstrommel 64 angeordnet ist. Die Brennstoffkammer 62 ist definiert durch einen entsprechenden Hohlraum am unteren Ende der Führungstrommel 64 und die gegenüberliegende flache Ober fläche des Ventilsitzes 58. Der Ventilsitz 58 umfaßt ferner eine mittige Öffnung oder Apertur 66, die die Brennstoffkammer 62 mit einem querverlaufenden Durchlaß 68 verbindet (wenn das Ventil offen ist), welcher seiner seits mit einem ringförmigen Hohlraum 70 in dem Ein spritzvorrichtungskörper 24 in Verbindung steht, der zu dem Brennstoffauslaß 32 führt. Der Ventilsitz 58 umfaßt eine flache Sitzoberfläche 72, die in abdichtender Weise mit einem beweglichen Ventilglied oder Sitzventil 74 zu sammenpaßt. Das untere Ende des Sitzventils 74 ist so ausgebildet, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, um mit der flachen oder ebenen Sitzoberfläche 72 des Ventilsitzes 58 in abdichtender Weise zusammenzuwirken. Das Sitzventil 74 ist gleitbar innerhalb des Innendurchmessers der Füh rungstrommel 64 angebracht und geführt.

Die Elektromagnetspulen 34, 36 sind konzentrisch ange bracht bezüglich des Sitzventils 74 vorgesehen zum gleit baren Bewegen des Sitzventils in einer Richtung nach oben und nach unten gemäß Fig. 3 und innerhalb der Führungs trommel 64. Die Elektromagnetspule 34 ist innerhalb eines unteren inneren Pols 76 angebracht, der seinerseits mit einem unteren äußeren Pol 78 zusammenwirkt. Der Perma nentmagnet 54 ist zwischen dem unteren inneren Pol 76 und dem unteren äußeren Pol 78 angebracht. In ähnlicher Weise ist die obere Elektromagnetspule 34 innerhalb eines obe ren inneren Pols 80 angebracht, der seinerseits mit einem oberen äußeren Pol 82 zusammenwirkt. Der Permanentmagnet 52 ist zwischen dem oberen inneren Pol 80 und dem oberen äußeren Pol 82 angebracht.

Am entgegengesetzten Sitzventilende von dem Ventilsitz 58 ist ein Anker 84 auf einem Sitzventilschulterteil 86 an gebracht und sicher an den mit einem Gewinde versehenen Endteil des Sitzventils befestigt mittels einer Gewinde mutter 88. Der Anker 84 ist zwischen den jeweiligen obe ren und unteren Polstücken angebracht mit jeweiligen kleinen Luftspalten auf jeder Seite des Ankers. Eine Scheibe 90 kann zwischen dem Anker und der Schulter 86 vorgesehen sein, um die Position des Ankers zwischen den jeweiligen Polstücken einzustellen.

Das Anschlagglied 92 ist sicher in seiner Position ge halten, und zwar mit seinem unteren Ende benachbart zu der Führungstrommel 64 und mit seinem oberen Ende mittels eines unteren Polhalters 94 und eines oberen Polhalters 96, die mittels eines Abstandsglieds 98 voneinander ge trennt sind. Eine Kappe 100 ist schraubgewindemäßig oder in einer anderen Weise sicher an dem Gehäuse 102 ange bracht zum sicheren Halten der Steuerventilanordnungsbau teile verriegelt an ihrer Position. Geeignete O-Ringe können vorgesehen sein, um die Einheit staubfrei und frei von unerwünschten Strömungsmittel zu halten. Ein Anord nungsstift oder Paßstift 104 hilft beim ordnungsgemäßen Einfügen und Befestigen der Steuerventilanordnung 22 innerhalb des Einspritzvorrichtungskörpers 24. Eine Hoch druckdichtung 106 ist zwischen der Steuerventilanordnung 22 und dem Einspritzvorrichtungskörper 24 angeordnet, um die Verbindung zwischen dem Brennstoffeinlaß 30 und dem abgewinkelten Durchlaß 60 in dem Ventilsitz 58 strömungs mittelmäßig abzudichten. Bei der in Fig. 3 gezeigten Steuerventilanordnung 22 kann das Sitzventil 74 gleitbar in seine oberste Position bewegt werden, bis eine Schul ter 107, die zwischen den sich ändernden Innendurch messern des Sitzventils gebildet ist, mit dem Anschlag 92 in Eingriff kommt. Der Anschlag 92 kann als ein C-Clip ausgeformt sein. In dieser obersten Position des Sitz ventils 74 hat sich der Boden bzw. die Unterseite des Sitzventils von der flachen Sitzoberfläche 72 auf dem Ventilsitz wegbewegt, so daß es eine Verbindung zwischen dem abgewinkelten Durchlaß 60 über die Brennstoffkammer 62 zu der mittigen Öffnung oder Apertur 66 gibt. Auch gibt es in dieser obersten Position des Sitzventils 74 einen geringen Luftspalt zwischen der Oberseite des Ankers 84 und den oberen Polstücken 80, 82.

In der untersten Position des Sitzventils 74 sitzt der Boden des Sitzventils gegen die flache Oberfläche 72 des Ventilsitzes 58, so daß der abgewinkelte Durchlaß 60 und die Brennstoffkammer 62 von der mittigen Öffnung 66 abge schlossen oder blockiert sind. Auch gibt es in dieser untersten Position des Sitzventils 74 einen geringen Luftspalt zwischen der Bodenoberfläche des Ankers 84 und den jeweiligen Oberflächen der unteren Polstücke 76, 78.

Zwei Drähte oder Leitungen von dem Elektromagnet 34 und zwei Drähte oder Leitungen von dem Elektromagnet 36 sind über ein Vier-Pol-Kabel 108 mit geeigneten Verbindungs stiften 110 in einem spritzguß-geformten Vier-Pol- Verbinder 112 verbunden, der in den oberen Teil der Kappe 100 durch Schnappen angebracht werden kann.

Fig. 4 zeigt die Einzelheiten der bevorzugten Sitzkon figuration für die Steuerventilanordnung. Das Sitzven tilglied 74 umfaßt ein konkaves Ende 114, wobei die End oberfläche 116 mit einem kleinen spitzen Winkel ausge bildet ist (beispielsweise ungefähr 95° bezüglich der Außenoberfläche 118 des Sitzventils), wodurch eine kreis förmige Schneidkante oder Kante 120 am Schnittpunkt zwischen der Endoberfläche 116 und der Außenoberfläche 118 vorgesehen wird. Es sei bemerkt, daß der Ventilsitz 58 und das Sitzventilglied 74 natürlich jeweils symme trisch bezüglich der Mittellinie 122 ausgebildet sind. Es ist verständlich, daß während herkömmlich abgewinkelte Oberflächen zwischen dem Sitzventilglied und dem Ventil sitz vorgesehen werden können anstatt der gezeigten flachen Sitzoberfläche 72 und dem konkaven Ende 114 mit einer kreisförmigen Kante 120, die gezeigte Sitzkonfigu ration von Fig. 4 bevorzugt wird.

Bei der Steuerventilanordnung 22 von Fig. 3 bilden die Permanentmagneten 52, 54 geeignete Magnetkräfte, um das Sitzventil 74 in der jeweils obersten Position gegen das Anschlagglied 92 zu verriegeln, um den Ventilsitz 58 zu öffnen oder um das Sitzventil in der untersten Position in abdichtendem Eingriff mit der flachen Sitzoberfläche 72 zu verriegeln, um den Ventilsitz zu schließen. Die Elektromagnetspulen 34, 36 werden betriebsmäßig erregt, um geeigneten Magnetfelder zu bilden, um jeweils das Sitz ventil aus einer der verriegelten Positionen freizugeben bzw. zu lösen und das Sitzventil in die andere Position zu bewegen, um das Ventil zu öffnen und zu schließen. Die Timing- oder Zeitsteuerdiagramme, die in den Fig. 5-7 ge zeigt sind, stellen das selektive betriebsmäßige elek trische Erregen der Elektromagnete 34, 36 mit der sich ergebenden Änderung der Sitzventilposition dar, um einen Brennstoffeinspritzzyklus zu schaffen. Aus Gründen der Einfachheit der Darstellung und der Beschreibung sind in den Fig. 5-7 ideale Wellenformen gezeigt. Es sei bemerkt, daß in der Praxis die tatsächlichen Wellenformen an den Übergangspunkten abgerundet wären und nicht die gezeig ten, abrupten Richtungswechsel besäßen.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel idealer Wellenformen für einen normalen Brennstoffeinspritzzyklus; Fig. 6 zeigt die idealen Wellenformen zum Vorsehen eines gewünschten, ge teilten Brennstoffeinspritzzyklus unter Verwendung sequentiellen Betriebs der Elektromagnete, und Fig. 7 zeigt die idealen Wellenformen zum Vorsehen eines ge teilten Brennstoffeinspritzzyklus unter Verwendung gleichzeitigen Betriebs der Elektromagnete. Der Betrieb der Steuerventilanordnung 22 in dem Einspritzvorrich tungsbrennstoffsystem 10 von Fig. 1 zum Erhalten einer normalen Brennstoffeinspritzung oder einer gewünschten geteilten Einspritzung wird im weiteren beschrieben.

Die Steuerventilanordnung 22 bietet beträchtliche Vor teile dahingehend, daß sowohl das Öffnen als auch das Schließen des Ventils elektronisch gesteuert werden kann. Dies sieht eine größere Flexibilität beim Steuern der No torleistung vor und sieht Verbesserungen bei den Motor geräuschniveaus vor, senkt unerwünschte Motoremissionen und erhöht die Brennstoffeffizienz.

Bezugnehmend nun auf Fig. 8 ist dort ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Einheitseinspritzvorrichtung gezeigt, die zwei Elektromagnetspulen umfaßt zum selekti ven bzw. wahlweisen Bewegen des Sitzventils, zum Halten von Strom, um das Ventil in der geschlossenen Position zu halten, und zum Verriegeln des Sitzventils in der offenen Position unter Verwendung von Restmagnetismus.

Die Steuerventilanordnung 130 ist mittels eines Gewindes in dem Einspritzvorrichtungskörper 24 angebracht, und zwar auf die gleiche Weise wie die Steuerventilanordnung 22 des in Fig. 3 gezeigten, vorhergehenden Ausführungs beispiels. Zusätzlich umfaßt die Steuerventilanordnung 130 viele der gleichen Bauteile wie die vorher gezeigte Steuerventilanordnung 22, insbesondere den Ventilsitz 58, die Führungstrommel 64 und das Sitzventil 74 mit dem daran befestigten Anker 84. Der obere Elektromagnet 34 ist innerhalb eines oberen Polstücks 132 oberhalb des Ankers angebracht und wirkt mit diesem zusammen und die untere Elektromagnetspule 36 ist innerhalb eines unteren Polstücks 134 angebracht und wirkt mit diesem zusammen. Ein Abstandsglied 136 ist zwischen die Polstücke 132, 134 eingesetzt und ist bemessen, daß es gestattet, daß ein Luftspalt zwischen dem Anker 84 und dem unteren Polstück 134 vorhanden ist, wenn das Sitzventil 74 in der ge schlossenen Position gegen den Ventilsitz 58 ist und daß kein Luftspalt zwischen dem Anker 84 und dem oberen Pol stück 132 vorhanden ist, wenn das Sitzventil in der obe ren oder offenen Ventilposition ist, wobei der Anker 84 das obere Polstück 132 ohne einen Luftspalt kontaktiert.

Eine Reihe von Bolzen oder Schrauben 138 hält die Bau teile in ihrer Position. Ein Vier-Pol-Verbinder 140 ist vorgesehen zur Aufnahme von jeweils zwei Drähten oder Leitungen von jedem der Elektromagnete 34, 36 und zum Verbinden der vier Drähte oder Leitungen mit einem entsprechenden Satz von Anschlüssen innerhalb des Ver binders.

Bei der Steuerventilanordnung 130 von Fig. 8 hält ein Haltestrom, der an die untere Elektromagnetspule 36 an gelegt wird, das Sitzventil 74 in einem abgedichtetem Zustand bei geschlossenem Ventil, und zwar gegen die fläche Sitzoberfläche 72 des Ventilsitzes 58. Ein selek tives oder wahlweises Betätigen der oberen und unteren Elektromagnetspulen 34, 36 ermöglicht, daß das Sitzventil aus dem geschlossenen Ventilzustand nach oben in einen offenen Ventilzustand bewegt wird, wo der Anker 84 das obere Polstück 132 kontaktiert.

Der magnetische Kreis, der die Verriegelungs-oder Halte kraft zwischen dem Anker 84 und dem oberen Polstück 132 vorsieht, muß unter Beachtung der folgenden Erwägungen konstruiert sein. Die ordnungsgemäße Verriegelungs- oder Haltekraft muß erhalten werden und die Materialien, die für den Anker 84 und das obere Polstück 132 gewählt wer den, müssen in der Lage sein, Hunderten von Millionen Zyklen eines Aufschlags zwischen diesen zwei Gliedern zu widerstehen. Die erforderliche Verriegelungskraft und die Aufschlag- oder Stoßfestigkeit können erreicht werden durch Auswahl üblicher Stähle mit geeigneter Wärmebehand lung, die die angemessenen Restmagnetismus-Eigenschaften und angemessene Schlag- oder Stoßfestigkeit vorsieht.

Das obere Polstück 132 und der Anker 84 werden vorzugs weise aus Stahl gebildet mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen ungefähr 0,8% und 1,2% und einer Rockwell-C- Härte ("RC"-Härte) zwischen ungefähr 40 und 60, so daß der Anker 84 durch Restmagnetismus gegen das Polstück 132 gehalten oder verriegelt wird, und so daß der Anker 84 keine wesentliche physikalische bzw. körperliche Abnut zung zeigt trotz wiederholter Betätigung.

Ein Beispiel eines geeigneten Stahls ist SAE (society of automotiv engineers) 52100-Stahl mit einer RC-Härte von ungefähr 59. SAE 52100, der ein herkömmlicher Stahl ist zur Verwendung in Lageranwendungen, ist ein Stahl mit den folgenden Bestandteilen in Gewichtsprozent, entweder aus gedrückt als ein Bereich gestatteter Prozentsätze oder als ein maximal erlaubter Prozentsatz:

Kohlenstoff\|0,98-1,10%
Mangan	0,25-0,45%
Phosphor_max	0,025%
Schwefel_max	0,025%
Silicium	0,15-0,30%
Chrom	1,30-1,60%

SAE 52100-Stahl kann auch Spurenmengen der folgenden Bestandteile besitzen:

Kupfer_max\|0,35%
Nickel_max	0,25%
Molybdän_max	0,08%

Wie in Einzelheiten unten beschrieben wird, wird eine geeignete RC-Härte erreicht durch Wärmebehandlung des oberen Polstücks 132 und des Ankers 84.

Die Ventilanordnungsbauteile, die aus dem bevorzugten Stahl gebildet sind, und das obere Polstück 132 und den Anker 84 umfassen, können einem Härtevorgang, wie bei spielsweise einer Wärmebehandlung ausgesetzt werden, um eine gewünschte präzise Verriegelungs- oder Haltekraft zu erreichen. Es gibt eine Beziehung zwischen der Härte des bevorzugten Stahls und den magnetischen Eigenschaften oder Charakteristika des Stahls. Wenn die Härte des be vorzugten Stahls im allgemeinen ansteigt, ändern sich die magnetischen Eigenschaften derart, daß der Betrag an Restmagnetismus, der in den Stahl induziert werden kann, ansteigt. Als Ergebnis steigt auch die Verriegelungs- oder Haltekraft an.

Fig. 9 zeigt die allgemeine Beziehung zwischen der RC- Härte des SAE 52100-Stahls und den sich ergebenden Ver riegelungs- und Zugkräften, ausgedrückt als ein relativer Prozentsatz der Magnetkraft. Es ist ersichtlich, daß die relative Verriegelungs- und Haltekraft (dargestellt als eine durchgezogene Linie) ansteigt, wenn die RC-Härte des Stahls ansteigt. Obwohl die Beziehung zwischen der RC- Härte und der Verriegelungs- oder Haltekraft in Fig. 9 als allgemein linear dargestellt ist, ist die Kennlinie bzw. der Graph in Fig. 9 eine Annäherung, und die Bezie hung ist nicht notwendigerweise linear. Die präzise Be ziehung zwischen der Härte und der Verriegelungskraft für SAE 52100 sowie für andere bevorzugte Stähle kann empi risch bestimmt werden durch Zubereiten einer Anzahl von Proben eines bevorzugten Stahls mit inkrementell bzw. stufenweise unterschiedlichen Härten und durch Messen der sich ergebenden Verriegelungs- oder Haltekraft für jede Stahlprobe. Die gemessene Verriegelungs- oder Haltekraft für jede Stahlprobe kann graphisch aufgezeichnet oder geplottet werden wie in Fig. 9.

Fig. 9 zeigt auch die allgemeine Beziehung zwischen der Zugkraft (dargestellt durch die gepunktete Linie) und der RC-Härte für SAE 52100-Stahl. Die Zugkraft ist die Anzie hungskraft, die auf den Anker 84 ausgeübt wird auf Grund der Erregung einer der Spulen 34, 36. Die präzise Bezie hung zwischen der Härte und der relativen Zugkraft kann auch empirisch bestimmt werden für die bevorzugten Stäh le, und zwar auf eine ähnliche Weise zu der oben be schriebenen.

Die erwünschten Stahlbestandteile der Steuerventil anordnung 130 können gemäß dem folgenden Verfahren her gestellt werden. Zuerst wird die gewünschte Verriegel ungs- oder Haltekraft für den Anker 84 auf herkömmliche Weise bestimmt basierend auf typischen Faktoren, wie bei spielsweise der Fläche des Ankers 84, die mit dem oberen Polstück 132 in Kontakt stehen wird, und der Anzahl von Windungen der Elektromagnetspulen 34, 36, die in der Steuerventilanordnung 130 verwendet werden.

Nachdem die gewünschte Verriegelungs- oder Haltekraft be stimmt wurde, wird diese Verriegelungs- oder Haltekraft erreicht durch Bestimmen, was die entsprechende Härte der Steuerventilanordnungsbauteile, d. h. des Ankers und des Polstücks oder der Polstücke sein sollte, und zwar ba sierend auf der bekannten Beziehung zwischen der Härte und der Verriegelungs- oder Haltekraft, und durch Wärme behandlung der Bauteile, um diese Härte zu erhalten.

Beispielsweise bei Verwendung des in Fig. 9 dargestellten Graphs der Verriegelungs- oder Haltekraft ist ersicht lich, daß, wenn die gewünschte Verriegelungs- oder Halte kraft einer relativen Magnetkraft von 45% entspricht, die entsprechende RC-Härte ungefähr 54 wäre. Um die ge wünschte Verriegelungs- oder Haltekraft zu erreichen, würden daher der Anker und das Polstück oder die Pol stücke wärmebehandelt, um eine schließliche RC-Härte von 54 zu erreichen.

Bei dem Herstellungsverfahren werden die gewünschten Steuerventilanordnungsbauteile zuerst aus Stahl gebildet, unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens, wie bei spielsweise durch (Maschinen-) Bearbeiten davon und dann werden sie einem Wärmebehandlungsprozeß ausgesetzt, um die gewünschte Härte zu erreichen und als Ergebnis die gewünschte Verriegelungs- oder Haltekraft zu erreichen.

Bei dem Wärmebehandlungsprozeß werden die Bauteile an fänglich gehärtet durch Anheben ihrer Temperaturen auf eine erste relativ hohe Temperatur, wie beispielsweise 843°C (1550°F), und dann durch Abkühlen davon in einem bewegten oder gerührten Bad, wie beispielsweise einem Öl bad. Als Ergebnis dieses Härtungsschrittes wird die an fängliche Härte der Stahlbauteile ein relativ hoher Wert sein, wie beispielsweise eine RC-Härte von ungefähr 65.

Nach dem Härtungsschritt werden die Bauteile einem Tem perschritt ausgesetzt. Bei diesem Schritt wird die Tempe ratur der Bauteile auf eine zweite Temperatur, wie bei spielsweise ungefähr 204°C (400°F), die niedriger ist als die erste, relativ hohe Temperatur, die in dem an fänglichen Härtungsschritt verwendet wird, angehoben. Wie bekannt ist, hängt die Temperatur, auf die die Bauteile in dem Temperschritt gebracht werden, von der schließlich zu erreichenden Härte ab. Die Bauteile werden dann abge kühlt, wie beispielsweise durch Luftkühlen. Als Ergebnis des Temperschrittes wird die Härte des Ankers und des Polstücks bzw. der Polstücke auf einen niedrigeren Wert vermindert sein, wie beispielsweise eine RC-Härte von un gefähr 59.

In den oben beschriebenen Wärmebehandlungsschritten (und wie es die herkömmliche Praxis ist) werden relativ große Stückzahlen von Bauteilen gleichzeitig erwärmt und ge meinsam abkühlen gelassen, um die Energieeffizienz des Prozesses zu maximieren.

Die Steuerventilanordnung 130 ermöglicht auch, sowohl das Öffnen als auch das Schließen des Ventils elektronisch zu steuern. Daher sieht das Steuerventil 130, wie auch im Fall der Steuerventilanordnung 22, wesentliche Vorteile vor beim Vorsehen einer größeren Flexibilität beim Steu ern der Motorleistung sowie Verbesserungen der Motor geräuschniveaus unerwünschter Emissionen und der Brenn stoffeffizienz. Ferner kann mit der Steuerventilanordnung 130 entweder ein normaler Brennstoffeinspritzzyklus oder ein geteilter Brennstoffeinspritzzyklus vorgesehen wer den. Das in Fig. 10 gezeigte Zeitsteuer- oder Timingdia gramm zum Erreichen einer normalen Brennstoffeinspritzung und der Betrieb zum Erreichen geteilter Brennstoffein spritzung unter Verwendung der Steueranordnung 130 wird im weiteren beschrieben.

Industrielle Anwendbarkeit

Der Betrieb des Steuerventils 22 mit zwei Elektromagnet spulen und zwei Permanentmagneten, das als eine elek trisch betätigte Drucksteuereinrichtung für die in dem Einspritzvorrichtungsbrennstoffsystem 10 von Fig. 1 gezeigte Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 wird nun beschrieben. Anfangs wird der Betrieb der Steuerventil anordnung 22 zum Vorsehen eines normalen Brennstoffein spritzzyklus, wie er in Fig. 5 gezeigt ist, beschrieben, gefolgt von einer Beschreibung des Betriebs, um eine ge teilte Brennstoffeinspritzung während des Brennstoffein spritzzyklus zu erreichen, wie es in den Fig. 6 und 7 ge zeigt ist.

Mit Bezug auf die Fig. 1-5 wird, wenn der Plunger 44 in der Brennstoffeinspritzungspumpanordnung 16 beginnt, sich nach unten zu bewegen, Brennstoff von der Plungerpump kammer durch einen Durchlaß in dem Einspritzvorrichtungs körper 24 in die Ventileingangsleitung 30 gedrückt bzw. gezwungen, und zwar durch den abgewinkelten Durchlaß 60 und in die Ringfläche in der Brennstoffkammer 62 unter halb der Führungstrommel 64. Da mit der Brennstoffein spritzung noch nicht begonnen werden kann, ist das Sitz ventil 74 in der vom Sitz abgehobenen oder oberen Posi tion und wird in dieser Position durch die Magnetkraft gehalten, die auf den Anker 84 durch den Permanentmagne ten 52 ausgeübt wird. Der (magnetische) Fluß, der durch den Permanentmagneten 52 erzeugt wird, fließt durch den oberen, äußeren Pol 82 durch den Luftspalt zu dem Anker 84 nach unten, dann nach oben durch den Luftspalt zu dem oberen, inneren Pol 80 und zurück um den Permanentmagne ten 52 herum.

Wenn das Sitzventil 74 in der oberen Position gehalten wird, kann Brennstoff an der flachen Sitzoberfläche 72 vorbei unter das konkave Ende 114 des Sitzventilelements, durch die mittlere Öffnung oder Apertur 66, den Quer durchlaß 68 und in dem ringförmigen Hohlraum 70 in dem Einspritzvorrichtungskörper fließen. Der Brennstoff fließt um den ringförmigen Hohlraum 70 herum, bis er den Ventilauslaß erreicht, der zu der Ventilauslaßleitung 32 führt, wo der Brennstoff dann zurück zu einer Verbindung zu der Brennstoffleitung in dem Zylinderkopf des Motors zurückfließt. Es ist natürlich verständlich, daß während dieser Zeit das Sitzventil in der vom Sitz abgehobenen Position gegen den Anschlag 92 mittels des Permanentmag neten 52 gehalten wird.

Fig. 5 stellt einen normalen Brennstoffeinspritzzyklus dar unter Verwendung sequentiellen bzw. aufeinanderfol genden Betriebs. Wenn es Zeit ist, mit dem Aufbau von Druck für die Brennstoffeinspritzung zu beginnen, wird eine Betriebsspannung an die obere Elektromagnetspule 34 angelegt, um einen Strom 142 vorzusehen. Der steigende Strom 142 erzeugt ein Magnetfeld, das dazu neigt, das Magnetfeld auszugleichen bzw. zu kompensieren, das durch den Permanentmagneten 52 erzeugt wird. Nach der Verzöge rungs- oder Nachlaufzeit des oberen Elektromagneten wird eine Betriebsspannung an die Spule 36 angelegt, so daß ein viel größerer ansteigender Strom 144 durch die untere Elektromagnetspule 36 fließt. Dieser Strom erzeugt ein Magnetfeld, das dazu neigt, den Anker 84 nach unten zu ziehen. Die Richtung des Magnetfelds von der Spule 36 ist die gleiche wie die Richtung des Magnetfelds, das von dem unteren Permanentmagneten 54 erzeugt wird, und nach einer kurzen Zeit wird das Sitzventilelement beginnen, sich nach unten zu bewegen, wie es bei A in Fig. 5 dargestellt ist. Der Betrieb des oberen Elektromagneten wird beendet oder gestoppt, während der Betrieb der unteren Elektromagnetspule aufrechterhalten wird, bis das konkave Ende 114 des Sitzventilelements mit der flachen Sitzober fläche 72 in der geschlossenen Ventilposition auf dem Ventilsitz 58 in Kontakt kommt, wie es bei Bezugsposition B angezeigt ist. Wenn das Sitzventil 74 mit dem Ventil sitz in Kontakt kommt, wird der Strom an die untere Spule beendet bzw. gestoppt und beginnt zu einem Null-Niveau abzufallen. Der untere Permanentmagnet 54 hält nun das Sitzventil 74 gegen den Ventilsitz 58.

Wenn das Sitzventil den Ventilsitz kontaktiert, wie es bei der Bezugsposition B angedeutet ist, ist die Brenn stoffkammer 62 von der Mittelöffnung 66 abgedichtet, und kein Brennstoff mehr kann durch den Sitz hindurchlaufen.

Dies startet den Brennstoffeinspritzzyklus, wobei der Einspritzdruck dann beginnt, sich aufzubauen, wenn der Plunger 16 sich weiterhin nach unten bewegt. Wenn der angemessene Einspritzdruck erreicht wurde, in dem er den Düsenrückschlagventildruck überschreitet, der als CV in der untersten Wellenform von Fig. 5 angezeigt ist, öffnet sich das Düsenrückschlagventil 56 und Brennstoff wird von der Spitze 20 in die Motorverbrennungskammer einge spritzt.

Um die Brennstoffeinspritzung zu beenden bzw. anzuhalten oder zu stoppen, wird ein Strom 146 an die untere Elek tromagnetspule 36 angelegt, um ein Magnetfeld zu erzeu gen, daß das Magnetfeld ausgleicht oder kompensiert, das durch den unteren Permanentmagneten 54 erzeugt wird. Nach der Verzögerungs- oder Nachlaufzeit des unteren Elektro magneten wird ein viel größerer Strom 148 an die obere Elektromagnetspule 34 angelegt. Dies erzeugt ein Magnet feld, das das Magnetfeld verstärkt, das von dem oberen Permanentmagneten 52 erzeugt wird und dazu neigt, den Anker 84 nach oben zu bewegen, und nach einer kurzen Zeit wird das Sitzventilelement beginnen, sich nach oben und weg von der geschlossenen Ventilposition auf dem Ventil sitz 58 zu bewegen, wie es bei der Bezugsposition C ge zeigt ist.

Sobald die Sitzfläche geringfügig geöffnet ist, erzeugt ein Flüssigkeitsstrom über das konkave Ende 114 eine nach oben gerichtete Kraft, die die Sitzventilöffnungsan sprechzeit dramatisch verbessert. Der Strom 146 an die untere Elektromagnetspule 36 wird beendet bzw. angehalten oder gestoppt und der Strom 148 an die obere Elektromag netspule 34 wird beibehalten, bis das Sitzventil 74 den Anschlag 92 kontaktiert, wie es bei der offenen Ventilpo sition an der Bezugsposition D gezeigt ist. Der Strom 148 an die Elektromagnetspule 34 wird beendet bzw. angehalten oder gestoppt, und der obere Permanentmagnet 54 hält nun das Sitzventilelement gegen den Anschlag. Wie aus der untersten Wellenform von Fig. 5 ersichtlich ist, beginnt das Ventil sich zu öffnen, wenn sich das Sitzventilele ment aus dem Ventilsitz 58 an der Bezugsposition C wegbe wegt, und der Einspritzdruck beginnt abzufallen bzw. zu sammenzubrechen, wenn Brennstoff über die Sitzfläche strömt. Wenn der Einspritzdruck auf ein angemessenes Ni veau abfällt, das als CV bezeichnet ist, schließt das Düsenrückschlagventil 56, was die Brennstoffeinspritzung in die Motorverbrennungskammer beendet.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird während dieses Brenn stoffeinspritzzyklus ein großer Brennstoffeinspritzungs stoß zusammenfallend mit dem den Düsenrückschlagventil druck CV überschreitenden Einspritzdruck vorgesehen.

Fig. 6 zeigt einen geteilten Einspritzzyklus unter Ver wendung sequentiellen oder aufeinanderfolgenden Betriebs. Bezugnehmend nun auf Fig. 6 ist dort das Anlegen geeig neter Betriebsspannungen an die oberen und unteren Elek tromagnete 34, 36 bei einem sequentiellen Betrieb ge zeigt, wobei die Steuerventilanordnung 22 von Fig. 3 dazu verwendet wird, das Sitzventil 74 in die Bezugspositionen A-H zu bewegen, was eine geteilte oder zweiteilige Brenn stoffeinspritzung während des Einspritzzyklus vorsieht, die aus einer ersten, kleineren Brennstoffeinspritzung 150 gefolgt von einer größeren Brennstoffeinspritzung 152 besteht. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, beginnt der kleinere Brennstoffeinspritzungsteil 150 mit der ge schlossenen Ventilposition an der Sitzventilelementbe zugsposition B. Während der Einspritzdruck sich weiterhin aufbaut, werden der untere Elektromagnet und der obere Elektromagnet betriebsmäßig erregt, um den nach unten gerichteten Zug des Magneten 54 entgegenzuwirken, so daß das Sitzventil an der Sitzventilelementbezugsposition C von dem Ventilsitz 58 nach oben freikommt, wodurch ein abruptes Abfallen oder Zusammenbrechen des Einspritz drucks verursacht wird, wobei dieser Druck endet, wenn die offene Ventilposition an der Sitzventilelement bezugsposition D erreicht ist.

Danach werden die Elektromagnete wieder betriebsmäßig er regt, wie in dem rechten Teil von Fig. 6 gezeigt ist, um das Sitzventil durch die Bezugspositionen E-H zu bewegen. An der Bezugsposition F kann der Einspritzdruck beginnen, sich wiederum aufzubauen, um den größeren Brennstoffein spritzteil 152 vorzusehen. Der kleinere Einspritzteil 150 wird erreicht über ungefähr 10° Kurbelwellendrehung, wo gegen der größere Einspritzteil 152 über ungefähr 30° Kurbelwellendrehung vorgesehen wird. Auch liefert über den gesamten, geteilten Einspritzzyklus hinweg gesehen, der kleinere Brennstoffeinspritzteil 150 ungefähr 5-10% der Brennstoffeinspritzung, wogegen der größere Brenn stoffeinspritzteil 152 ungefähr 90-95% der Brennstoff einspritzung liefert. Diese Mengen können natürlich in geeigneter Weise je nach Bedarf durch selektiven bzw. wahlweisen Betrieb der Elektromagnete gemäß der vorlie genden Lehren eingestellt oder angepaßt werden.

Fig. 7 zeigt die Wellenformen, die an die oberen und un teren Elektromagnete des Ausführungsbeispiels von Fig. 3 angelegt werden, und zwar in einem Phasing-Betrieb, d. h. einen gleichzeitigen Betrieb, um einen geteilten Ein spritzzyklus vorzusehen, wobei das Sitzventil in die Bezugspositionen A-H bewegt wird. Es sei bemerkt, daß beispielsweise der untere Elektromagnet während der Ver zögerungs- oder Nachlaufzeit des oberen Elektromagneten erregt wird, und dieses Phasing oder Einphasen tritt zu anderen Zeitpunkten auch auf, um die gesamte, benötigte Elektromagnetverzögerungs- oder Nachlaufzeit zu vermin dern. Dies sieht aufgeteilte Einspritzungsteile vor, die aus einem kleineren ersten Brennstoffeinspritzungsteil 154 bestehen, gefolgt von einem viel größeren zweiten Brennstoffeinspritzungsteil 156.

Der Betrieb der alternativen Steuerventilanordnung 130 von Fig. 8 wird nun in Verbindung mit den Fig. 8-10 be schrieben. Bei dem alternativen Ausführungsbeispiel der Steuerventilanordnung 130 wird das Sitzventil 174 in der oberen Position gehalten, indem der Anker 84 an dem obe ren Polstück 132 mittels Restmagnetismus verriegelt ist bzw. gehalten wird, welcher eine nach oben gerichtete Magnetkraft auf den Anker erzeugt. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, wird, wenn Strom an die untere Spule 36 angelegt wird, ein Magnetfeld erzeugt, das dem Restmagnetismus entgegenwirkt und dazu neigt, den Anker 84 nach unten zu ziehen und nach einer kurzen Zeit wird das Sitzventil 74 wiederum damit beginnen, sich nach unten zu bewegen, wie bei der Sitzventilelementbezugsposition A gezeigt ist. Wenn das Sitzventilelement den Ventilsitz 58 kontaktiert, wie es an der Sitzventilelementbezugsposition B gezeigt ist, wird der Strom an die untere Spule vermindert, um ein niedrigeres Haltestromniveau vorzusehen, was die elektrische Leistungsaufnahme vermindert. Dieses niedri gere Haltestromniveau verringert auch die Zeit, die benö tigt wird, damit das Magnetfeld von der unteren Spule am Ende der Einspritzung zusammenbricht oder zerfällt. Ferner vermindert dies die Zeit, die nach dem Beendigen des Stroms an die untere Spule benötigt wird, bis das Sitzventilelement beginnt zu öffnen, wodurch die Zeit vermindert wird, die benötigt wird für einen voll ständigen Einspritzzyklus.

Der Einspritzdruck beginnt sich aufzubauen, und zwar aus gehend von der Sitzventilelementbezugsposition B, um einen normalen Brennstoffeinspritzzyklus vorzusehen. Um die Einspritzung abzubrechen bzw. zu beenden, wird die Betriebsspannung an die untere Spule abgeschaltet. Eine Betriebsspannung wird an die obere Spule 34 angelegt, die dazu neigt, den Anker 84 nach oben zu bewegen und nach einer kurzen Zeit wird das Sitzventilelement beginnen, sich nach oben zu bewegen, wie es an der Sitzventilele mentbezugsposition C angezeigt ist, was zu einem Abfall des Einspritzdrucks führt. Es wird weiterhin Strom an die obere Spule 34 geliefert, bis der Anker 84 das obere Polstück 132 kontaktiert, was einen Luftspalt von Null oder einen Verriegelungs- oder Haltezustand erzeugt. Diese magnetische Verriegelungs- oder Haltekraft hält den Anker 84 oben gegen das Polstück 132, während das Sitz ventilelement nun in der Sitzventilelementbezugsposition D gehalten wird.

Eine geteilte Einspritzung kann auch erreicht werden unter Verwendung der alternativen Steuerventilanordnung 130 von Fig. 8, und zwar durch die Verwendung gleichzei tigen Betriebs.

Zahlreiche Modifikationen und alternative Ausführungsbei spiele der Erfindung werden dem Fachmann deutlich werden angesichts der vorhergehenden Beschreibung. Entsprechend soll diese Beschreibung nur veranschaulichend sein und wird nur zu dem Zweck angegeben, dem Fachmann die beste Art zum Ausführen der Erfindung zu lehren. Die Einzelhei ten der Struktur können wesentlich abgeändert werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, und die ausschließliche Verwendung aller Modifikationen, die im Bereich der beigefügten Ansprüche liegen, wird vorbehal ten.

Zusammenfassend sieht die Erfindung also eine Steuer ventilanordnung vor, die geeignet ist für eine Brenn stoffeinspritzvorrichtung, umfaßt einen Ventilsitz mit einem Strömungsmitteleinlaß und einem Strömungsmittel auslaß. Ein Sitzventil steuert die Strömung von Strömungsmittel durch den Ventilsitz. Ein Paar elektri scher Betätiger wird selektiv betriebsmäßig erregt zum Freigeben bzw. Lösen des Sitzventils bzw. Sitzventilele ments und zum Bewegen des Sitzventils in die offenen und geschlossenen Ventilpositionen. Eine geteilte Brennstoff einspritzung kann vorgesehen werden unter Verwendung von entweder sequentiellen bzw. aufeinanderfolgendem Betrieb oder gleichzeitigem Betrieb, d. h. Phasing. Permanent magnete, Haltestrom und Restmagnetismus ermöglichen das Halten bzw. Verriegeln des Sitzventils in jeder der offenen und geschlossenen Ventilpositionen.

Claims

1. Strömungsmitteldrucksteuerventilanordnung, die ge eignet ist für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, welche in der Lage ist, Brennstoff während eines Brennstoffeinspritzzyklus einzuspritzen, wobei die Steuerventilanordnung folgendes aufweist:
einen Ventilkörper mit Strömungsmitteleinlaß- und Strömungsmittelauslaßanschlüsse;
einen Ventilsitz, der mit den Strömungsmitteleinlaß- und Strömungsmittelauslaßanschlüssen in Verbindung steht;
ein Sitzventil, das gleitbar in dem Ventilkörper an gebracht ist zwischen entgegengesetzten jeweiligen Brennstoffeinspritz- und Nicht-Brennstoffeinspritz- Sitzventilpositionen, die die Strömungsmitteleinlaß- und Strömungsmittelauslaßanschlüsse durch den Ven tilsitz steuern;
Mittel zum Halten des Sitzventils in den entgegen gesetzten, jeweiligen Sitzventilpositionen; und erste und zweite elektrische Betätiger, die wahl weise betriebsmäßig erregt werden können zum Frei geben oder Lösen des Sitzventils aus einer der Sitz ventilpositionen und zum Bewegen des Sitzventils zu der anderen der Sitzventilpositionen.

2. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Mittel zum Halten des Sitzventils in den entgegen gesetzten jeweiligen Ventilpositionen einen Perma nentmagneten für mindestens eine der Sitzventil positionen umfaßt.

3. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 2, wobei die Steuerventilanordnung einen zweiten Permanentmag neten für die andere Sitzventilposition umfaßt.

4. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Mittel zum Halten des Sitzventils in den entgegen gesetzten jeweiligen Sitzventilpositionen Rest magnetismusmittel für mindestens eine der Sitzven tilpositionen umfaßt.

5. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 4, wobei einer der elektrischen Betätiger ein Elektromagnet ist und einen Elektromagnethaltestrom umfaßt zum Halten des Sitzventils in der anderen der Sitzventilpositionen.

6. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerventilanordnung Mittel umfaßt zum wahlweisen Erregen der elektrischen Betätiger, um mindestens zwei getrennte Brennstoffeinspritzungen vorzusehen, während des Brennstoffeinspritzzyklus.

7. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 6, wobei die erste der Brennstoffeinspritzungen während des Brennstoffeinspritzzyklus wesentlich weniger Brenn stoff über einen kleineren Teil des Zyklus liefert, verglichen mit der zweiten Brennstoffeinspritzung.

8. Strömungsmitteldrucksteuerventilanordnung, die ge eignet ist für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, wobei folgendes vorgesehen ist:
ein Ventilkörper mit Strömungsmitteleinlaß- und Strömungsmittelauslaßanschlüssen;
ein Ventilsitz, der mit den Strömungsmitteleinlaß- und Strömungsmittelauslaßanschlüssen in Verbindung steht;
ein Sitzventil, das gleitbar in dem Ventilkörper zwischen entgegengesetzten, jeweiligen Brennstoff einspritz- und Nicht-Brennstoffeinspritz-Sitzventil positionen angebracht ist, die die Strömungs mitteleinlaß- und Strömungsmittelauslaßanschlüsse durch den Ventilsitz steuern;
Permanentmagnetmittel, die mit dem Sitzventil ge koppelt sind und geeignete magnetische Kräfte bilden zum Verriegeln oder Halten des Sitzventils in den entgegengesetzten jeweiligen Sitzventilpositionen; und
erste und zweite elektrische Betätiger, die be triebsmäßig erregt werden zum Bilden geeigneter magnetischer Gegenkräfte zu den Magnetkräften der Permanentmagneten, um das Sitzventil aus der einen der Sitzventilpositionen freizugeben bzw. zu lösen und zum Bewegen des Sitzventils in die andere der Sitzventilpositionen.

9. Strömungsmitteldrucksteuerventilanordnung, die ge eignet ist für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, die einen Brennstoffeinspritzzyklus vorsieht, wobei folgendes vorgesehen ist:
ein Ventilkörper mit Strömungsmitteleinlaß- und Strömungsmittelauslaßanschlüssen;
ein Ventilsitz, der mit den Strömungsmitteleinlaß- und Strömungsmittelauslaßanschlüssen in Verbindung steht;
ein Sitzventil, das gleitbar im Ventilkörper zwi schen jeweiligen Sitzventilpositionen angebracht ist, wobei ein Sitzventilelementendteil in abdich tender Weise mit dem Ventilsitz in Eingriff gebracht werden kann, um den Strömungsmitteleinlaß zu blockieren;
ein erster Permanentmagnet, der geeignet ist, an dem anderen Sitzventilelementende angebracht zu werden und der eine erste Magnetkraft vorsieht zum Halten des Sitzventils in einer der Sitzventilpositionen;
ein erster elektrischer Betätiger, der geeignet ist, an dem anderen Sitzventilende angebracht zu werden und betriebsmäßig erregt zu werden zum Vorsehen einer ersten magnetischen Gegenkraft zu der ersten Magnetkraft, die dazu neigt, das Sitzventil aus der einen Sitzventilposition freizugeben bzw. zu lösen, ein zweiter elektrischer Betätiger, der dazu geeig net ist, an dem anderen Sitzventilelementendteil an gebracht zu werden und betriebsmäßig erregt zu wer den zum Vorsehen einer zweiten magnetischen Gegen kraft zu der ersten Magnetkraft, um das Sitzventil in den abdichtenden Eingriff mit dem Ventilsitz an der anderen Sitzventilposition zu bewegen, und
ein zweiter Permanentmagnet, der geeignet ist, an dem anderen Sitzventilelementendteil angebracht zu werden und der eine zweite Magnetkraft aufbaut zum Halten des Sitzventils in der anderen Sitzventil position.

10. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 9, wobei ferner folgendes vorgesehen ist: Rückführmittel zum Zurück führen des Sitzventils von der anderen Sitzventilpo sition in die eine Sitzventilposition, wobei die Rückführmittel das Erregen des zweiten elektrischen Betätigers umfassen zum Aufbauen bzw. Vorsehen einer umgekehrten Magnetkraft zu der zweiten Magnetkraft, die dazu neigt, das Sitzventil aus der anderen Sitz ventilposition freizugeben bzw. zu lösen.

11. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 10, wobei die Rückführmittel das Erregen des ersten elektrischen Betätigers umfassen zum Aufbauen oder Vorsehen einer umgekehrten Magnetkraft zu der zweiten Magnetkraft, um den Sitzventilelementendteil von dem Ventilsitz abzuheben bzw. aus dem Eingriff zu bringen und um das Sitzventil in die eine Ventilposition zurückzu bringen, wo es durch den ersten Permanentmagneten gehalten wird.

12. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 9, wobei der Ventilsitz eine flache Sitzoberfläche umfaßt, und wobei der Sitzventilelementendteil einen konkaven Endteil umfaßt zum abdichtenden Eingriff mit der flachen Sitzoberfläche des Ventilsitzes.

13. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 12, wobei der konkave Endteil des Sitzventils eine Kante oder Schneide umfaßt zum abdichtenden Eingriff mit der flachen Sitzoberfläche des Ventilsitzes in einer flachen Sitzabdichtung beim Schließen des Ventils, während Brennstoff unter Druck eingespritzt wird, und zum Ansprechen auf Druckflüssigkeit zum schnellen Öffnen des Sitzventils.

14. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 9, wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung eine Einheitsbrenn stoffpumpeinspritzvorrichtung ist.

15. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 9, wobei jeder der elektrischen Betätiger ein Elektromagnet ist.

16. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 9, wobei ferner Mittel vorgesehen sind zum wahlweisen Erregen der elektrischen Betätiger, um mindestens zwei getrennte Brennstoffeinspritzungen während des Brennstoffein spritzzyklus vorzusehen.

17. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 16, wobei die erste der Brennstoffeinspritzungen während des Brennstoffeinspritzzyklus wesentlich weniger Brenn stoff über einen kleineren Teil des Zyklus liefert, verglichen mit der zweiten Brennstoffeinspritzung.

18. Elektronisch gesteuerte Einheitsbrennstoffpumpein spritzvorrichtung, die einen Brennstoffeinspritz zyklus vorsieht, wobei folgendes vorgesehen ist:
ein Einspritzvorrichtungskörper mit einem Brenn stoffeinlaß und einem Brennstoffauslaß;
eine Brennstoffeinspritzpumpanordnung einschließlich einer Düse, die Brennstoff von dem Brennstoffeinlaß empfängt oder aufnimmt zum Einspritzen des Brenn stoffs unter Druck von der Pumpanordnung;
eine Steuerventilanordnung zum Steuern der Einsprit zung des Brennstoffs, wobei die Steuerventil anordnung einen Ventilkörper umfaßt mit einem Ven tilsitz, der einen Ventilsitzeinlaß verbunden mit dem Einspritzvorrichtungskörperbrennstoffauslaß und einen Abflußbrennstoffauslaß besitzt;
wobei die Steuerventilanordnung folgendes umfaßt:
ein Sitzventil, das gleitbar in dem Ventilkörper an gebracht ist zwischen entgegengesetzten jeweiligen Brennstoffeinspritz- und Nicht-Brennstoffeinspritz- Sitzventilpositionen, die den Brennstoffeinlaß und den Brennstoffauslaß durch den Ventilsitz steuern;
Mittel zum Halten des Sitzventils in den entgegen gesetzten jeweiligen Sitzventilpositionen; und
erste und zweite elektrische Betätiger, die selektiv betriebsmäßig erregt werden zum Lösen bzw. Freigeben des Sitzventils aus der einen Sitzventilposition und zum Bewegen des Sitzventils in die andere Sitzven tilposition.

19. Elektronisch gesteuerte Einheitsbrennstoffpump einspritzvorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei die Mittel zum Halten des Sitzventils in den entgegen gesetzten jeweiligen Sitzventilpositionen einen Permanentmagneten für mindestens eine der Sitzven tilpositionen umfaßt.

20. Elektronisch gesteuerte Einheitsbrennstoffpumpein spritzvorrichtung gemäß Anspruch 19, wobei ferner ein zweiter Permanentmagnet für die andere Sitz ventilposition vorgesehen ist.

21. Elektronisch gesteuerte Einheitsbrennstoffpumpein spritzvorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei die Mittel zum Halten des Sitzventils in den entgegen gesetzten, jeweiligen Sitzventilpositionen Restmag netismusmittel umfaßt für mindestens eine der Sitz ventilpositionen.

22. Elektronisch gesteuerte Einheitsbrennstoffpumpein spritzvorichtung gemäß Anspruch 21, wobei einer der elektrischen Betätiger ein Elektromagnet ist und einen Elektromagnethaltestrom umfaßt zum Halten des Sitzventils in der anderen der Sitzventilpositionen.

23. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 18, wobei ferner Mittel vorgesehen sind zum selektiven Erregen der elektrischen Betätiger, um mindestens zwei ge trennte Brennstoffeinspritzungen während des Brenn stoffeinspritzzyklus vorzusehen.

24. Steuerventilanordnung gemäß Anspruch 23, wobei die erste Brennstoffeinspritzung während des Brennstoff einspritzzyklus wesentlich weniger Brennstoff über einen kleineren Teil des Zyklus liefert, verglichen mit der zweiten Brennstoffeinspritzung.

25. Elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzvor richtungssystem, das folgendes aufweist:
einen Einspritzvorrichtungskörper mit einem Brenn stoffeinlaß und einem Brennstoffauslaß;
eine Brennstoffeinspritzpumpanordnung einschließlich einer Düse, die Brennstoff von dem Brennstoffeinlaß aufnimmt zum Einspritzen des Brennstoffs unter Druck aus der Pumpanordnung;
eine Drucksteuerventilanordnung zum Steuern der Ein spritzung des Brennstoffs, wobei die Steuerventil anordnung einen Ventilkörper umfaßt mit einem Ven tilsitz, welcher einen Ventilsitzeinlaß, verbunden mit dem Einspritzvorrichtungskörperbrennstoffauslaß, und einen Abflußbrennstoffauslaß besitzt;
wobei die Drucksteuerventilanordnung folgendes um faßt:
ein Sitzventil, das gleitbar in dem Ventilkörper an gebracht ist zwischen entgegengesetzten jeweiligen Brennstoffeinspritz- und Nicht-Brennstoffeinspritz- Sitzventilpositionen, die den Brennstoffeinlaß und den Brennstoffauslaß durch den Ventilsitz steuern;
Mittel zum Halten des Sitzventils in den entgegen gesetzten jeweiligen Sitzventilpositionen; und
erste und zweite elektrische Betätiger, die wahl weise betriebsmäßig erregt werden zum Lösen bzw. Freigeben des Sitzventils aus einer der Sitzventil positionen und zum Bewegen des Sitzventils in die andere Sitzventilposition.

26. Elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzvorrich tungssystem gemäß Anspruch 25, wobei die Mittel zum Halten des Sitzventils in den entgegengesetzten je weiligen Sitzventilpositionen einen Permanentmagne ten für mindestens eine der Sitzventilpositionen umfaßt.

27. Elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzvorrich tungssystem gemäß Anspruch 26, wobei jeder der elek trischen Betätiger ein Elektromagnet ist.

28. Elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzvorrich tungssystem gemäß Anspruch 25, wobei die Mittel zum Halten des Sitzventils in den entgegengesetzten, je weiligen Sitzventilpositionen Restmagnetismusmittel für mindestens eine der Sitzventilpositionen umfaßt.

29. Elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzvorrich tungssystem gemäß Anspruch 28, wobei einer der elek trischen Betätiger ein Elektromagnet ist und einen Elektromagnethaltestrom umfaßt zum Halten des Sitzventils in der anderen der Sitzventilpositionen.

30. Elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzvorrich tungssystem gemäß Anspruch 25, wobei die elektri schen Betätiger selektiv bzw. wahlweise erregt wer den, um mindestens zwei Brennstoffeinspritzungen während eines normalen Brennstoffeinspritzzyklus vorzusehen.

31. Elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzvorrich tungssytem gemäß Anspruch 30, wobei die mindestens zwei Brennstoffeinspritzungen eine kleine Brenn stoffmenge gefolgt von einer viel größeren Brenn stoffmenge aufweisen.