DE19581068B4

DE19581068B4 - Brennstoffeinspritzanordnung mit druckausgeglichenem Ventilsitz

Info

Publication number: DE19581068B4
Application number: DE19581068T
Authority: DE
Inventors: Avtar S. Bloomington Sandhu; Ronald D. Peoria Shinogle
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1994-08-08
Filing date: 1995-08-04
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2015-08-05
Also published as: GB2296756B; WO1996005424A1; GB2296756A; JPH09504076A; DE19581068T1; US5494220A; GB9603086D0

Abstract

Brennstoffeinspritzanordnung (30), die folgendes aufweist:
einen Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper (130);
einen Brennstoffeinlaß (50), der im Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper (130) gebildet ist;
eine Düse (90), die mit dem Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper (130) assoziiert ist, wobei die Düse (90) einen Düsenbrennstoffhohlraum (94) darin gebildet hat;
ein Düsenrückschlagventilelement (92), das in einer Öffnungsrichtung und einer Schließrichtung zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position hin- und herbeweglich in der Düse (90) angeordnet ist;
ein Ventil (159), das in dem Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper (130) angeordnet ist, wobei das Ventil (159) ein Ventilelement (160) und einen Ventilsitz (162) aufweist, wobei das Ventilelement (160) eine erste Position relativ zum Ventilsitz (162) besitzt, in der der Brennstoffeinlaß (50) strömungsmittelmäßig vom Düsenbrennstoffhohlraum (94) getrennt ist, und eine zweite Position relativ zum Ventilsitz (162) besitzt, in der der Brennstoffeinlaß (50) strömungsmittelmäßig mit dem Düsenbrennstoffhohlraum (94) gekuppelt ist, wobei das Ventilelement (160) in einer Öffnungsrichtung aus der ersten Position in eine zweite Position...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem Brennstoffventil mit einem Ventilsitz und einem druckausgleichenden Brennstoffhohlraum, um Druckveränderungen um den Umfang des Ventilsitzes herum zu verringern, um eine Schwächung der Strömungsmitteldichtung am Ventilsitz zu verhindern oder zu minimieren.

Technischer Hintergrund

In herkömmlichen Brennstoffeinspritzsystemen können die Brennstoffeinspritzvorrichtungen bzw. Brennstoffinjektoren mechanisch oder hydraulisch betätigt sein. Bei mechanisch betätigten Systemen wird die Pumpanordnung, die periodisch verursacht, daß Brennstoff in die Motorzylinder eingespritzt wird, mechanisch gekoppelt oder verbunden mit einer Nocke, die vom Motor angetrieben wird, so daß die Pumpanordnung synchron mit der Drehung der Nocke betätigt wird. Bei hydraulisch betätigten Systemen wird die Pumpanordnung hydraulisch durch unter Druck gesetztes Betätigungsströmungsmittel angetrieben, welches selektiv bzw. wahlweise mit der Pumpanordnung verbunden wird, und zwar durch ein elektronisch gesteuertes Ventil. Ein Beispiel eines hydraulisch betätigten, elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystems ist in US-Patent Nr. 5,121,730 offenbart.

Ein weiteres Brennstoffeinspritzsystem ist in US-Patent Nr. 4,392,612 offenbart. Wie in Verbindung mit 1 jenes Patentes beschrieben ist, besitzt das Brennstoffeinspritzsystem einen mechanisch betätigten Pumpenstößel, der wirkt bzw. arbeitet, um periodisch den Druck in einem Durchlaß zu erhöhen, und zwar angeordnet in einer Sprühspitze, die mit einen hin und her beweglichen Nadelventil versehen ist. Wenn der Brennstoffdruck im Durchlaß auf einen Schwellenwert bzw. eine Schwellenmenge ansteigt, zwingt der Brennstoffdruck im Durchlaß das Nadelventil sich zu öffnen und Brennstoff wird aus der Sprühspitze ausgestoßen bzw. ausgespritzt.

Die Lieferung von Brennstoff an den Sprühspitzendurchlaß und der Aufbau von Strömungsmitteldruck im Sprühspitzendurchlaß wird durch ein elektromagnetbetätigtes druckausbalanciertes bzw. druckausgeglichendes Ventil gesteuert, und zwar in Form eines hohlen Sitzventils. Wenn das Sitzventil offen ist, kann Brennstoff an den Sprühspitzendurchlaß geliefert werden, und wenn das Sitzventil geschlossen ist, kann der Brennstoff im Sprühspitzendurchlaß durch den Pumpenstößel ausreichend unter Druck gesetzt werden, um die Einspritzung durchzuführen bzw. zu bewirken.

Die Verwendung eines Sitzventils, wie beispielsweise dem, das bei Deckart und anderen beschrieben wurde, kann unerwünscht sein, wenn es bei sehr hohen Brennstoffdrücken verwendet wird, wie jene, die über 140.000 MPa (20.000 Englische Pfund pro Quadratinch oder psi) übersteigen, und zwar aufgrund von Strömungsmittelleckage am Ventilsitz, wenn das Ventil in der geschlossenen Position ist, als eine Folge von Druckvariationen um den Umfang des Ventils herum, wie unten in Verbindung mit mit den 1 bis 4 beschrieben.

Mit Bezug auf 1 ist eine Querschnittsansicht eines einfachen Ventils 10 gezeigt. Das Ventil 10 besitzt ein Ventilelement 12, das hin und her beweglich innerhalb eines Ventilkörpers 14 ist, und zwar zwischen einer geschlossenen Position, in der das Ventilelement 12 an einem Ventilsitz 16 anliegt, und einer offenen Position, in der das Ventilelement 12 vom Ventilsitz 16 beabstandet ist. Die hin und her Bewegung des Ventilelementes 12 wird durch einen Betätiger bzw. eine Betätigungsvorrichtung (nicht gezeigt) gesteuert. Wenn das Ventilelement 12 in der offenen Position ist, ist es dem Strömungsmittel gestattet, von einer Bohrung 18 in Strömungsmittelverbindung mit dem Ventileinlaß zu einem ringförmigen Hohlraum bzw. Ringhohlraum 20, der einen Teil des Umfangs des Ventilelementes 12 umfaßt, und zu einer Bohrung 22 in Strömungsmittelverbindung mit dem Ventilauslaß bzw. -ausgang durchzugehen.

Probleme können beim Betrieb des Ventils 10 der 1 auftreten, wenn es zu verwenden wäre, wenn Strömungsmittel in der Bohrung 18 auf einem sehr hohen Druck ist, wie beispielsweise über 140.000 MPa (20.000 psi). Insbesondere würde ein solcher hoher Druck in der Bohrung 18 Druckveränderungen innerhalb des ringförmigen Strömungsmittelhohlraums 20 zur Folge haben, und zwar um den Umfang des Ventilelementes 12 in einer Horizontalebene nahe des Ventilsitzes 16. Eine grobe Annäherung von solchen Druckveränderungen ist in 2 gezeigt, in der Gebiete von relativ hohem Druck mit dem Buchstaben "H" dargestellt werden, und Gebiete von relativ niedrigem Druck durch den Buchstaben "L" dargestellt werden. Solche Druckveränderungen können unerwünschterweise in Strömungsmittelleckage durch die Strömungsmitteldichtung im Ventilsitz 16 resultieren, wenn das Ventilelement 12 in seiner geschlossenen Position ist. Solche unerwünschten Druckveränderungen sind im Hohlraum 20 anwesend bzw. vorhanden, auch wenn mehrfache Bohrungen 18 im Ventil 10 vorgesehen sind, wie in den 3 und 4 veranschaulicht.

Die Druckschrift GB 2 125 116 A offenbart eine gattungsgemäße Brennstoffeinspritzanordnung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 oder 6.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffeinspritzanordnung vorzusehen, in der Strömungsmitteldruckveränderungen um den Umfang eines Ventilelementes verringert werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 6. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines herkömmlichen Ventils in dem Strömungsmitteldruckveränderungen um den Umfang des Ventilelementes herum auftreten;
2 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht entang der Linie 2-2 der 1;
3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten herkömmlichen Ventils, in dem Strömungsmitteldruckveränderungen um den Umfang des Ventilelementes herum auftreten;
4 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht entlang der Linie 4-4 der 3;
5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß der Erfindung;
6 ist eine schematische Draufsicht einer Brennstoffeinspritzvorrichtung und Montageanordnung entlang der Linie 6-6 der 5;
7 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Zwischenteils der Brennstoffeinspritzvorrichtung der 5; und
8 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß der Erfindung.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel einer Brennstoffeinspritzvorrichtungsanordnung gemäß der Erfindung ist in 5 gezeigt, die einen linear betätigten elektronisch gesteuerten Einheitsbrennstoffinjektor bzw. eine Brennstoffeinspritzeinheit (LEUI = linearly actuated electronicallycontrolled unit fuel injector) 30 veranschaulicht. Obwohl die LEUI-Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 für einen Verbrennungsmotor mit Dieselzyklus und Direkteinspritzung geeignet ist, kann die Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 mit jeder Bauart von Dieselmotor, zündungsunterstütztem Motor oder irgendeiner Bauart von Motor verwendet werden, wo es notwendig oder wünschenswert ist, Brennstoff in eine Zündkammer einzuspritzen.
Die Brennstoffeinspritzvorrichtunq 30 ist in einer im Allgemeinen zylindrischen Bohrung 32 in einem Motorblock 34 montiert, und zwar über eine Montageanordnung 36. Die Montageanordnung 36 weist eine Klammer 38 und einen Bolzen 40 auf, der verschraubbar die Klammer 38 am Motorblock 34 sichert bzw. befestigt. Wie in 6 gezeigt, die eine schematische Draufsicht der Klammer 38 und der Einspritzvorrichtung 30 ist, ist die Klammer 38 im Allgemeinen Y-förmig und besitzt zwei Arme 42, die mit einem Schlitz 44 angeordnet sind, der in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 gebildet ist.
Mit Bezug auf 5 wird Brennstoff an die Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 über eine Brennstofflieferleitung 50 geliefert, die im Motorblock 34 geformt ist, und übermäßiger bzw. überflüssiger Brennstoff fließt von der Einspritzvorrichtung 30 über eine Brennstoffrückleitunq 52 ab. Die Strömungsmittellieferleitung 50 und die Strömungsmittelablaufleitung 52 sind strömungsmittelmäßig durch einen ringförmigen Brennstoffhohlraum 54 verbunden, der den Außenumfang der Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 umringt.
Der Brennstoff, der von der Brennstofflieferleitung 50 geliefert wird, der auf einem Druck von ungefähr 420 MPa (60 psi) unter Druck gesetzt wird, fließt periodisch zwischen Einspritzzyklen zu einer im Allgemeinen zylindrischen Brennstoffdruckkammer 56 die in der Mitte der Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 gebildet ist. Der Brennstoff in der Druckkammer 56 wird periodisch auf einen Druck unter Druck gesetzt, und zwar über 140.000 MPa (20.000 psi) und beispielsweise auf ungfähr 210 MPa (30.000 psi), und zwar durch einen zylindrischen Stößel 58, der sich in innerhalb einer Zylinderbohrung 60 hin und her bewegt, die in einem zylindrischen Vorsprung bzw. Fortsatz 62 eines ersten Teils 64 des Brennstoffeinspritzvorrichtungskörpers gebildet ist.
Der zylindrische Vorsprung bzw. Fortsatz 62 ist innerhalb einer ringförmigen Ausnehmung 66 aufgenommen, die durch den Außenteil des Stößels 58 und den Innenteil eines ringförmigen Fortsatzes 68 eines Stößel- bzw. Tappetelementes (Mitnehmers) 70 gebildet wird. Der Oberteil des Mitnehmers 70 besitzt eine zylindrische Ausnehmung, in der eine Scheibe 74 mit einem Ölloch 76 vorgesehen ist. Der Mitnehmer 70 besitzt eine zweite zylindrische Ausnehmung 78 in der eine Haltescheibe 80 vorgesehen ist. Die Haltescheibe 80 ist mit einem Schlitz versehen, der im Stößel 58 gebildet ist, und ist daher am Stößel 58 verankert. Der Mitnehmer 70 ist federvorgespannt, und zwar weg von der ersten Position 64 des Brennstoffeinspritzvorrichtungskörpers durch eine Feder 84. Die Scheibe 74, die im Mitnehmer 70 vorgesehen ist, ist mechanisch mit einem (nicht gezeigten) Schwenkarm bzw. Kipphebel verbunden, der von einer Nocke (nicht gezeigt) auf einer Nockenwelle angetrieben wird, die steuert, wann die Brennstoffeinspritzung auftritt. Der Mitnehmer 70 besitzt ein Bohrung 86, die darin geformt ist, um zu gestatten, daß Luft aus der ringförmigen Ausnehmung 66 entweicht, wenn der Mitnehmer 70 und der Stößel 58 vom Kipphebel nach unten gedrückt werden.
Eine Düse 90, aus der Brennstoff periodisch ausgestoßen wird, ist am Unterteil der Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 vorgesehen. Ein Düsenrückschlagelement bzw. -ventil 92 ist in einem Brennstoffhohlraum 94 vorgesehen, der im Inneren der Düse 90 gebildet ist. Das Düsenrückschlagelement 92 ist nach unten durch eine Feder 96 federvorgespannt, die im Inneren einer Körperführung 98 vorgesehen ist, so daß die Bodenspitze des Düsenrückschlagelementes 92 eine Bohrung im Boden der Düse 90 dichtet, wodurch der Ausstoß von Brennstoff verhindert wird. Das Düsenrückschlagelement 92 ist so geformt, daß unter Druck gesetztes Strömungsmittel im Düsenhohlraum 94 eine nach oben gerichtete Kraft auf das Düsenrückschlagelement 92 ausübt. Wenn der Druck in dem Brennstoffhohlraum 94 eine vorbestimmte Schwelle erreicht, wird das Düsenrückschlagelement 92 nach oben gedrückt, wodurch die abwärtsgerichtete Kraft überwunden wird, die von der Feder 96 erzeugt wird, und die Düse 90 wird geöffnet und stößt Brennstoff aus.
Die Körperführung 98 besitzt eine erste Bohrung 100, die darin ausgebildet ist, um Brennstoff in den Düsenbrennstoffhohlraum 94 zu liefern, und eine zweite Bohrung 102, die darin ausgebildet ist, um den Ablauf von irgendwelchen Strömungsmitteln aus dem Inneren der Körperführung 98 zu gestatten.
Die Körperführung 98 und die Düse 90 sind im Inneren eines ersten Gehäusegliedes 106 angeordnet, das einen ersten O-Ring 108 um seinen Umfang herum vorsieht, und einen zweiten O-Ring 110, der an seinem Unterteil vorgesehen ist. Das erste Gehäuseglied 106 ist innerhalb eines zweiten Gehäusegliedes 114 angeordnet, welches ein Paar von O-Ringen 116, 118 um seinen Umfang herum vorsieht.
Ein ringförmiger Hohlraum 120 ist gezeigt, so daß er den Umfang des Bodenteils des Stößels 58 umfaßt. Der ringförmige Hohlraum 120 ist strömungsmäßig mit einem paar von Drainage- bzw. Ablaufbohrungen 122, 124 verbunden, um den Ablauf von irgendwelchem Strömungsmittel zu gestatten, das den Ringhohlraum 120 davon abhält, die Kammer 56 unter Druck zu setzen.
Eine vergrößerte Querschnittansicht des Mittelteils der Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 ist in 7 gezeigt. Mit Bezug auf 7 weist der Mittelteil der Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 einen Brennstoffeinspritzvorrichtungskörperteil 130 auf, der verschraubbar an seinen oberen Ende mit dem Einspritzvorrichtungskörperteil 64 verbunden ist, und zwar über einen mit Gewinde versehenden Teil 132, und ist an seinem unteren Ende verschraubbar mit dem ersten Gehäuseglied 106 verbunden, und zwar über einen mit Gewinde versehenden Teil 134.
Der Einspritzvorrichtungskörperteil 64 besitzt eine nach unten gerichtete zylindrische Ausdehnung bzw. einen zylindrischen Fortsatz 140, in dem eine Vertikalbohrung 142 angeordnet ist. Die Vertikalbohrung 142 ist im Strömungsmittelverbindung mit der Brennstoffdruckkammer 56 und mit einem Paar von Querbohrungen 144, die im Fortsatz 140 gebildet sind. Die Bohrung 142 ist auch im Strömungsverbindung mit einer Bohrung 146, die in einem Rückschlagventil insbesondere einem Hutrückschlagventil bzw. Hutrückschlagelement (allgemein Ventilelement) 148 gebildet ist, das in einem ersten Strömungsmittelhohlraum 150 vorgesehen ist, und zwar ausgebildet im Einspritzvorrichtungskörperteil 130. Das Hutrückschlagelement 148 ist nach oben gegen den Bodenteil des zylindrischen Fortsatzes 140 federvorgespannt, und zwar durch eine Feder 152 um eine Strömungsmitteldichtung zwischen dem zylindrischen Fortsatz 140 und dem Einspritzvorrichtungkörperteil 130 vorzusehen. Der Strömungsmittelhohlraum 150 ist in Strömungsmittelverbindung mit der Brennstofflieferbohrung 100, und zwar über eine Brennstoffbohrung 156. Der Einspritzvorrichtungskörperteil 130 ist in Ausrichtung mit einem Stift bzw. Paßstift 158 angeordnet, und zwar angeordnet in einem Paar von Bohrungen, das im Einspritzvorrichtungskörperteil 130 und der Körperführung 98 gebildet ist.
Ein Steuerventil 159, das steuert, wann die Brennstoffeinspritzung eintritt, ist im Inneren des Einspritzvorrichtungskörperteils 130 vorgesehen. Das Steuerventil 159 weist ein hin un her bewegliches Ventilelement 160 auf, und zwar in Form eines Sitzelementes bzw. Sitzes, mit einem im Wesentlichen hohlen Innenteil in dem ein Teil des nach unten gerichteten Fortsatzes 140 angeordnet ist. Das Ventilelement 160 ist in Öffnungs- und Schließrichtungen hin und her beweglich, und zwar zwischen einer geschlossenen Position, in der es in Kontakt mit einem Ventilsitz 162 steht, der integral mit dem zylindrischen Fortsatz 140 ausgebildet ist, und einer offenen Position, in der das Ventilelement 160 vom Ventilsitz 162 beabstandet ist.
Das Steuerventil 159 wird durch eine Elektromagnetbetätigungsvorrichtung betätigt, die ein ringförmiges Polglied 170, eine erregbare Drahtspule, die schematisch bei 172 gezeigt ist, die mit einer ringförmigen Ausnehmung 174 im Polglied 170 versehen ist, und einen ringförmigen Anker 176. Das Polglied 170 ist am Einspritzvorrichtungskörperteil 64 über eine Elektromagnethaltemutter 180 befestigt, die auf den zylindrischen Fortsatz 140 aufgeschraubt ist. Der Anker 176 besitzt eine Vielzahl von Bohrungen 182, die darin geformt sind, und zwar um seinen Umfang herum, durch die Strömungsmittel hindurch gehen kann, und zwar um eine schnellere Bewegung des Ankers 176 zu erleichtern. Der Oberteil des Ankers 176 besitzt eine relativ niedrige bzw. flache ringförmige Ausnehmung 184, die darin ausgebildet ist, und zwar in Anordnung mit der ringförmigen Drahtspule 172.
Ein Trage- bzw. Trägerglied 186 ist am Anker 176 befestigt, wie beispielsweise durch Laserschweißen, und besitzt eine mittlere Ausnehmung 188, in der das Ventilelement 160 angeordnet ist. Das Ventilelement 160 wird gegen eine ringförmige Oberfläche 189 gehalten, und zwar innerhalb des Trägergliedes 186, und zwar über eine Feder 190 und eine Haltemutter 192, die in das Innere des Trägergliedes 186 geschraubt wird.
Der Anker 176 und das Trägerglied 186 sind weg vom Polglied 170 federvorgespannt, und zwar über eine Feder 196, die zwischen der Elektromagnethaltemutter bzw. -schraube 180 und dem Trägerglied 186 verbunden ist. Eine Bohrung 198 ist oberhalb des linken Teils der Drahtspule 172 ausgebildet, und zwar in Ausrichtung mit der ringförmigen Ausnehmung 174, um die (nicht gezeigten) Drähte aufzunehmen, die mit der Drahtspule 172 verbunden sind.
Ein ringförmiger Brennstoffhohlraum 54 ist strömungsmittelmäßig mit einem ringförmigen Hohlraum 200 verbunden, der im Inneren des Einspritzvorrichtungskörperteils 130 über eine Vielzahl von Bohrungen 202 gebildet ist. Obwohl zwei solche Bohrungen 202 gezeigt sind, könnten mehr von ihnen um den Umfang der Einspritzvorrichtungskörperteils 130 herum verwendet werden. Der ringförmige Hohlraum 200 ist strömungsmittelmäßig mit einem ringförmigen Hohlraum 204 verbunden, der im Trägerglied 186 über eine Vielzahl von Bohrungen 206 gebildet ist. Ein Horizontalbohrung 208 ist im Einspritzvorrichtungskörperteil 130 angeordnet, um das Durchgehen bzw. die Durchleitung von Strömungsmittel zwischen dem Inneren des Körperteils 130 und dem ringförmigen Brennstoffhohlraum 54 zu gestatten.
Die Querbohrungen 144, die im zylindrischen Fortsatz 140 ausgebildet sind, sind strömungsmittelmäßig verbunden mit einem ringförmigen Hohlraum 210 mit einem ersten Durchmesser, der um den Innenumfang des Ventilelementes 160 herum angeordnet ist, und in Kontakt mit dem Ventilelement 160 steht. Ein zweiter ringförmiger Hohlraum 212 ist strömungsmittelmäßig mit dem ringförmigen Hohlraum 210 verbunden. Der ringförmige Hohlraum 212 besitzt einen kleineren Durchmesser, als der des ringförmigen Hohlraums 210, und der Hohlraum 212 ist an der ungefähren Stelle angeordnet, an der das Ventilelement 160 den Ventilsitz 162 berührt. Der kleinere Durchmesser des ringförmigen Hohlraums 212 hat zur Folge, daß er eine größere Effektivbreite besitzt als die des Hohlraums 210. Als eine Folge der vergrößerten Breite minimiert der druckausgleichende ringförmige Brennstoffhohlraum 212 die Strömungsmitteldruckvariationen bzw. -veränderungen, die um den Umfang des Hohlraums 210 auftreten, was somit in einer verbesserten Strömungsmitteldichtung zwischen dem Ventilelement 160 und dem Ventilsitz 162 resultiert. Der Betrieb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 über eine Brennstoffeinspritzperiode ist wie folgt. Vor der Einspritzung, wenn die Drahtspule 172 der Elektromagnetbetätigungsvorrichtung nicht erregt wird, ist der Anker 176 vom Polglied 170 über die Vorspannfeder 196 beabstandet, und als eine Folge drückt die ringförmige Oberfläche 198 des Trägergliedes 186 das Ventilelement 160 in seine of fene Position, in der es vom Ventilsitz 162 beabstandet ist. Folglich wird unter Druck gesetzter Brennstoff von den Brennstoffbohrungen 50, 52 zur Brennstoffdruckkammer 56 geliefert, und zwar über einen Fluß- bzw. Strömungspfad, der folgendes aufweist: Die Bohrungen 202, den ringförmigen Hohlraum 200 im Einspritzvorrichtungskörperteil 130, die Bohrungen 206, den ringförmige Hohlraum 204 im Trägerglied 186, den ringförmige Hohlraum 210, den im zylindrischen Fortsatz 140 gebildet ist, die Querbohrungen 144 und die Mittelbohrung 142 im zylindrischen Fortsatz 140.
Um die Einspritzung zu starten, wird die Drahtspule 172 der Elektromagnetbetätigungsvorrichtung elektrisch erregt. Als eine Folge wird der Anker 176 zum Polglied 170 hingezogen, wobei somit verursacht wird, daß das Ventilelement 160 sich in seine geschlossene Position bewegt, wo es in Kontakt mit dem Ventilsitz 162 ist. Wenn das Ventilelement 160 in seiner geschlossenen Position ist, ist der Strömungsmittelflußpfad zwischen der Brennstoffdruckkammer 56 und dem ringförmigen Brennstoffhohlraum 54 abgeschnitten.
Der einzige übrigbleibende Brennstoffpfad von der Brennstoffdruckkammer 56 ist durch die Mittelbohrung 142 in den zylindrischen Fortsatz durch die Bohrung 146 in das Hutrückschlagelement bzw. -ventil 148 durch den Hohlraum 150 im Einspritzvorrichtungskörperteil 130, durch die Bohrung 156 im Einspritzvorrichtungskörperteil, durch die Brennstofflieferbohrung 100 in der Körperführung 98 und zum Brennstoffhohlraum 94 in der Düse 90.
Nach einem Erregen der Elektromagnetbetätigungsvorrichtung, wenn der Stößel 58 nach unten vom (nicht ge zeigten) Kipphebel gedrückt wird, der an der Scheibe 74 angebracht ist, steigt der Strömungsmitteldruck in der Druckkammer 56, und somit steigt auch der Strömungsmitteldruck im Düsenhohlraum 94. Wenn der Strömungsmitteldruck im Düsenhohlraum 94 einen Schwellendruck erreicht, verursacht die Kraft, die vom Strömungsmitteldruck ausgeübt wird, daß das Düsenrückschlagelement 92 nach oben gedrückt wird, wobei es somit die Düse öffnet, und verursacht, daß Brennstoff eingespritzt wird.
Um die Einspritzung zu beenden wird die Drahtspule 172 der Elektromagnetbetätigungsvorrichtung elektrisch entregt, was verursacht, daß der Anker 176 und das Trägerglied 186 weg vom Polglied 170 bewegt werden, was verursacht, daß die ringförmige Oberfläche 189 des Trägergliedes 186 das Ventilelement 160 zwingt, sich in seine offene Position zu bewegen, und zwar vom Ventilsitz 162 beabstandet. Als ein Ergebnis wird der Düsenbrennstoffhohlraum 94 (und die Druckkammer 56) strömungsmittelmäßig mit einem Brennstoffpfad für niedrigem Druck verbunden und zwar über die Querbohrungen 144, dem ringförmigen Hohlraum 210, den Hohlraum 204, die Bohrungen 206, den Hohlraum 200 und die Bohrungen 202. Folglich nimmt der Druck im Düsenbrennstoffhohlraum 94 schnell ab, und zwar unterhalb des Schwellendrucks, der erforderlich ist, um das federvorgespannte Düsenrückschlagelement 92 zu öffnen, und das Düsenrückschlagelement 92 bewegt sich nach unten, wodurch die Düse geschlossen wird und die Einspritzung beendet wird.
Dann, während das Ventilelement 160 in seiner offnen Position beabstandet vom Ventilsitz 162 bleibt, wird der Stößel 58 nach oben gezogen, und zwar durch den (nicht gezeigten) Schwenkarm bzw. Kipphebel, und zusätzlicher Brennstoff wird in die Brennstoffdruckkammer 56 aus dem ringförmigen Hohlraum 54 gezogen, und zwar über den zuvor beschriebenen Flußpfad.
Eine Querschnittsansicht eines Teils eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Brennstoffeinspritzanordnung ist in 8 gezeigt. Mit Bezug auf 8 besitzt ein Steuerventil 220 einen Ventilkörper 222, in dem ein hin und her bewegliches Ventilelement 224 in Form eines festen Sitzes bzw. eines festen Sitzelementes angeordnet ist. Das Ventilelement 224 besitzt eine ringförmig Neigung 226, die einen dichtenden Eingriff mit einem winkligen ringförmigen Ventilsitz 227 vorsieht, der im Ventilkörper 222 gebildet ist. Der Ventilkörper 222 besitzt eine zylindrische Bohrung 228, die darin gebildet ist, die einen größeren Durchmesser aufweist, als der Durchmesser des Teils des Ventilelementes 224 über der Neigung 226, um einen ringförmigen Fluß- bzw. Strömungshohlraum 230 zu bilden. Der ringförmige Hohlraum 230 ist strömungsmittelmäßig mit einer Vielzahl von Bohrungen 232 verbunden, die strömungsmittelmäßig mit dem ringförmigen Brennstoffhohlraum 54 verbunden sind (5).
Der Ventilkörper 222 besitzt eine abgewinkelte Bohrung 240, die darin gebildet ist, einen ersten ringförmigen Hohlraum 242, der strömungsmittelmäßig mit der abgewinkelten Bohrung 240 verbunden ist, und einen zweiten ringförmigen Hohlraum 244, der strömungsmittelmäßig mit dem ersten ringförmigen Hohlraum 242 verbunden ist. Wie in 8 schematisch gezeigt, ist die winklige Bohrung 240, wenn sie in der Brennstoffeinspritzanordnung vorgesehen ist, strömungsmittelmäßig mit der Druckkammer 56 und der Bohrung 100 verbunden, die strömungsmittelmäßig mit dem Düsenhohlraum 94 verbunden ist (5). Der druckausgleichende zweite ringförmigen Brennstoffhohlraum 244, der einen größeren Durchmesser als der erste ringförmige Hohlraum 242 hat, und der um den Außenumfang des Ventilelementes 224 gerade unterhalb des Ventilsitzes 227 angeordnet ist, minimiert die Strömungsmitteldruckvariationen, die um den Umfang des Ventilelementes 224 am Ventilsitz 227 auftreten, was somit in einer verbesserten Strömungsmitteldichtung zwischen der Neigung 226 und dem Ventilsitz 227 resultiert.
Der Betrieb des zweiten Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen der selbe wie der des ersten Ausführungsbeispiels, das oben beschrieben wurde. Die hin und her Bewegung des Ventilelementes 224 wird durch die Elektromagnetbetätigungseinrichtung gesteuert. Wenn das Steuerventil 220 in seiner geschlossenen Position ist, wie in 8 gezeigt, kann Brennstoff unter hohen Druck gesetzt werden, so daß eine Einspritzung auftritt. Wenn das Steuerventil 220 in seiner offenen Position ist, kann Brennstoff nicht unter hohen Druck gesetzt werden, weil es einen Brennstoffpfad für niedrigen Druck gibt, und zwar von der Druckkammer 56 und durch die Bohrung 240, die ringförmigen Hohlräume 242, 244, 230 und die Bohrungen 232 zum ringförmigen Brennstoffhohlraum 54.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Brennstoffeinspritzanordnung, die oben beschrieben wurde, besitzt zahlreiche Anwendungen in der Industrie, wie beispielsweise in Dieselbrennstoffeinspritzsystemen. Solche Brennstoffeinspritzsysteme könnten beispielsweise hydraulisch betätigte elektronisch gesteuerte Einspritzeinheitssysteme oder mechanisch betätigte elektronisch gesteuerte Einspritzeinheitssysteme aufweisen.
Zahlreiche Veränderungen und alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann im Hinblick auf die vorangegangende Beschreibung offensichtlich sein. Diese Beschreibung ist darauf gerichtet nur veranschaulichend zu sein und ist zum Zweck der Lehre für den Fachmann über den besten Weg zur Ausführung der Erfindung gedacht. Die Details der Strukur und des Verfahrens können im Wesentlichen variiert werden, ohne vom Geiste der Erfindung abzuweichen, und die ausschließliche Verwendung aller Modifikationen, die innerhalb des Bereiches der angehängten Ansprüche fallen ist reserviert.
Zusammenfassend kann man folgendes sagen:
Eine Brennstoffeinspritzanordnung 30 besitzt folgendes: Einen Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper 130, der eine Düse 90 und einen Düsenbrennstoffhohlraum 94 aufweist, ein Ventil 159 mit einen Ventilelement 160, einen Ventilbrennstoffhohlraum 204, einen Ventilbrennstoffhohlraum 210, einen Ventilsitz 162 und einen druckausgleichenden Brennstoffhohlraum 212, um Druckvariationen bzw. -veränderungen am Ventilsitz 162 zu verringern, wenn das Ventil 159 ein einer geschlossenen Position ist, besitzt. Eine Brennstofflieferbohrung 206 liefert unter Druck gesetzten Brennstoff an den Ventilbrennstoffhohlraum 204, der in dem Ventil 159 gebildet ist, und der ringförmige druckausgleichende Brennstoffhohlraum 212 ist benachbart zum Ventilbrennstoffhohlraum 210 angeordnet, und benachbart zu einem Umfang des Ventilelementes 160, um Strömungsmitteldruckvariationen im Ventilbrennstoffhohlraum 210 zu verringern, so daß die Strömungsmitteldichtung am Ventilsitz 162 nicht geschwächt wird.

Claims

Brennstoffeinspritzanordnung (30), die folgendes aufweist: einen Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper (130); einen Brennstoffeinlaß (50), der im Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper (130) gebildet ist; eine Düse (90), die mit dem Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper (130) assoziiert ist, wobei die Düse (90) einen Düsenbrennstoffhohlraum (94) darin gebildet hat; ein Düsenrückschlagventilelement (92), das in einer Öffnungsrichtung und einer Schließrichtung zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position hin- und herbeweglich in der Düse (90) angeordnet ist; ein Ventil (159), das in dem Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper (130) angeordnet ist, wobei das Ventil (159) ein Ventilelement (160) und einen Ventilsitz (162) aufweist, wobei das Ventilelement (160) eine erste Position relativ zum Ventilsitz (162) besitzt, in der der Brennstoffeinlaß (50) strömungsmittelmäßig vom Düsenbrennstoffhohlraum (94) getrennt ist, und eine zweite Position relativ zum Ventilsitz (162) besitzt, in der der Brennstoffeinlaß (50) strömungsmittelmäßig mit dem Düsenbrennstoffhohlraum (94) gekuppelt ist, wobei das Ventilelement (160) in einer Öffnungsrichtung aus der ersten Position in eine zweite Position und in einer Schließ richtung von der zweiten Position in die erste Position verschiebbar ist; eine Brennstofflieferbohrung (144), um unter Druck gesetzten Brennstoff an das Ventil (159) zu liefern; einen ringförmigen Ventilbrennstoffhohlraum (210), der strömungsmittelmäßig mit der Brennstofflieferbohrung (144) und dem Ventilelement (162) verbunden ist, wobei der Ventilbrennstoffhohlraum (210) in Kontakt mit dem Ventilelement (160) ist; und Mittel zum periodischen Öffnen und Schließen des Ventils (159), wodurch Brennstoff periodisch aus der Düse (90) ausgestoßen wird; gekennzeichnet durch einen ringförmigen druckausgleichenden Brennstoffhohlraum (212), um Druckvariationen bzw. -veränderungen am Ventilsitz (162) zu verringern, wenn das Ventil (159) in einer geschlossenen Position ist, wobei der druckausgleichende Brennstoffhohlraum (212) benachbart zum Ventilbrennstoffhohlraum (210) und benachbart zu einem Umfang des Ventilelementes (160) angeordnet ist, wobei die Brennstofflieferbohrung (144) von innen kommend in den als Durchmesserverjüngung einer Außenumfangsfläche ausgeführten ringförmigen Ventilbrennstoffhohlraum (210) mündet und der druckausgleichende Brennstoffhohlraum (212) zwischen Brennstofflieferbohrung (144) und Ventilsitz (162) als zusätzliche ringförmige Durchmesserverjüngung des ringförmigen Ventilbrennstoffhohlraums (210) ausgeführt ist.
Brennstoffeinspritzanordnung (30) nach Anspruch 1, wobei das Ventilelement (160) ein hohles Sitzelement (160) mit einen im Wesentlichen hohlen Innenteil aufweist, und wobei die Brennstofflieferbohrung (144) unter Druck gesetzten Brennstoff an den im Wesentlichen hohlen Innenteil des Sitzelementes (160) liefert.
Brennstoffeinspritzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der druckausgleichende Brennstoffhohlraum (212) benachbart zu einen Innenumfang des Ventilelementes (160) angeordnet ist.
Brennstoffeinspritzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilbrennstoffhohlraum (210) und der druckausgleichende Brennstoffhohlraum (212) innerhalb eines Innenumfangs des Ventilelementes (160) angeordnet sind, wobei der Ventilbrennstoffhohlraum (210) einen ersten Innendurchmesser besitzt, wobei der druckausgleichende Brennstoffhohlraum (212) einen zweiten Innendurchmesser besitzt, und wobei der zweite Innendurchmesser wesentlich kleiner ist als der erste Innendurchmesser.
Brennstoffeinspritzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der druckausgleichende Brennstoffhohlraum (212) benachbart zu einem Ende des Ventilelementes (160) angeordnet ist.
Brennstoffeinspritzanordnung (30), die folgendes aufweist: einen Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper (130); einen Brennstoffeinlaß (50), der im Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper (130) gebildet ist; eine Düse (90), die mit dem Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper (130) assoziiert ist, wobei die Düse (90) einen Düsenbrennstoffhohlraum (94) darin gebildet hat; ein Düsenrückschlagventilelement (92), das in einer Öffnungsrichtung und einer Schließrichtung zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position hin- und herbeweglich in der Düse (90) angeordnet ist; ein Ventil (220), das in dem Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper (130) angeordnet ist, wobei das Ventil (220) ein Ventilelement (224) und einen Ventilsitz (227) aufweist, wobei das Ventilelement (224) eine erste Position relativ zum Ventilsitz (227) besitzt, in der der Brennstoffeinlaß (50) strömungsmittelmäßig vom Düsenbrennstoffhohlraum (94) getrennt ist, und eine zweite Position relativ zum Ventilsitz (227) besitzt, in der der Brennstoffeinlaß (50) strömungsmittelmäßig mit dem Düsen brennstoffhohlraum (94) gekuppelt ist, wobei das Ventilelement (224) in einer Öffnungsrichtung aus der ersten Position in eine zweite Position und in einer Schließrichtung von der zweiten Position in die erste Position verschiebbar ist; eine Brennstofflieferbohrung (240), um unter Druck gesetzten Brennstoff an das Ventil (220) zu liefern; einen ringförmigen Ventilbrennstoffhohlraum (242), der strömungsmittelmäßig mit der Brennstofflieferbohrung (240) und dem Ventilelement (224) verbunden ist, wobei der Ventilbrennstoffhohlraum (242) in Kontakt mit dem Ventilelement (224) ist; und Mittel zum periodischen Öffnen und Schließen des Ventils (220), wodurch Brennstoff periodisch aus der Düse (90) ausgestoßen wird; gekennzeichnet durch einen ringförmigen druckausgleichenden Brennstoffhohlraum (244), um Druckvariationen bzw. -veränderungen am Ventilsitz (227) zu verringern, wenn das Ventil (220) in einer geschlossenen Position ist, wobei der druckausgleichende Brennstoffhohlraum (244) benachbart zum Ventilbrennstoffhohlraum (242) und benachbart zu einem Umfang des Ventilelementes (224) angeordnet ist, wobei die Brennstofflieferbohrung (240) von außen kommend in den als Durchmessererweiterung einer Innen umfangsfläche ausgeführten ringförmigen Ventilbrennstoff hohlraum (242) mündet und der druckausgleichende Brennstoffhohlraum (244) zwischen Brennstofflieferbohrung (240) und Ventilsitz (227) als zusätzliche ringförmige Durchmessererweiterung des ringförmigen Ventilbrennstoffhohlraums (242) ausgeführt ist.
Brennstoffeinspritzanordnung (30) nach Anspruch 6, wobei der druckausgleichende Brennstoffhohlraum (244) benachbart zu einem Außenumfang des Ventilelementes (224) angeordnet ist.
Brennstoffeinspritzanordnung (30) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der Ventilbrennstoffhohlraum (224) und der druckausgleichende Brennstoffhohlraum (244) um einen Außenumfang des Ventilelementes (224) herum angeordnet sind, wobei der Ventilbrennstoffhohlraum (242) einen ersten Außendurchmesser besitzt, wobei der druckausgleichende Brennstoffhohlraum (244) einen zweiten Außendurchmesser besitzt, und wobei der zweite Außendurchmesser wesentlich größer ist als der erste Außendurchmesser.
Brennstoffeinspritzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennstofflieferbohrung (144, 240) in einer Richtung senkrecht zur Öffnungsrichtung des Ventils (159, 220) liegt.
Brennstoffeinspritzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mittel zum periodischen Öffnen und Schließen des Ventils (159, 220) eine Elektromagnetbetätigungsvorrichtung aufweisen.
Brennstoffeinspritzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Düsenrückschlagventilelement (92) Rückschlagventilmittel aufweist, die so geformt sind, daß unter Druck gesetzter Brennstoff im Düsenbrennstoffhohlraum (94) eine Strömungsmittelkraft in der Öffnungsrichtung des Düsenrückschlagventilelementes (92) ausübt, wenn das Düsenrückschlagventilelement (92) in der geschlossenen Position ist, wobei das Düsenrückschlagventilelement (92) aus seiner geschlossenen Position in seine offene Position bewegt wird, wenn der unter Druck gesetzte Brennstoff im Düsenbrennstoffhohlraum (94) einen vorbestimmten Druck erreicht.
Brennstoffeinspritzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ventilelement (160, 224) Ventilelementmittel aufweist, die so geformt sind, daß weder der Ventilbrennstoffhohlraum (210, 242) noch der druckausgleichende Brennstoffhohlraum (212, 244) irgendeine Strömungsmittelkraft auf das Ventilelement (160, 224) in der Öffnungsrichtung ausübt, wenn das Ventilelement (160, 224) in der ersten Position ist.
Brennstoffeinspritzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ventilelement (160, 224) benachbart zu sowohl dem Ventilbrennstoffhohlraum (210, 242) als auch zu dem druckausgleichenden Brennstoffhohlraum (212, 244) einen in Längsrichtung in Wesentlichen konstanten Durchmesser besitzt.