DE19603435A1

DE19603435A1 - Von Einspritzratenform- bzw. -gestaltungssteuerung geöffnetes Rückschlagventil für eine Brennstoffeinspritzdüse

Info

Publication number: DE19603435A1
Application number: DE19603435A
Authority: DE
Inventors: Lianghe Zuo
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 1996-08-01
Also published as: JPH08232796A; US5487508A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Brennstoffeinspritzvorrichtungen für Verbrennungsmotoren Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verbesserun gen von Düsen von Brennstoffeinspritzvorrichtungen, um eine Formung bzw. Gestaltung der Brennstoffeinspritzrate vorzusehen.

Stand der Technik

Beispiele von Brennstoffeinspritzvorrichtungssystemen sind gezeigt im US-Patent Nr. 4,527,738, ausgegeben an Martin am 9. Juli 1985, US-Patent Nr. 4,568,021, ausgege ben an Deckard et al. am 4. Februar 1986 und US-Patent Nr. 5,213,083, ausgegeben an Glassey am 25. Mai 1993. Während eines Brennstoffeinspritzzyklus oder einer Brennstoffeinspritzphase wird Brennstoff aus einer Brennstoffkolben- bzw. -plungerkammer, in der der Brenn stoffdruck erhöht ist, durch einen oder mehrere Durchläs se zu einem spitzen Teil eines Nadelsitzrückschlagventils gedrückt, welches eine Brennstoffströmung durch eine oder mehrere Brennstoffsprühzumeßöffnungen blockiert. Der un ter Druck gesetzte Brennstoff zwingt das Nadelrückschlag ventil dazu, sich zu einer vom Sitz entfernten Position zu bewegen, wobei die Zumeßöffnungen aufgedeckt bzw. ge öffnet werden und eine Brennstoffströmung dahindurch gestattet wird.

Es ist häufig erwünscht, die in die Verbrennungskammer zu einem frühen Zeitpunkt eines Einspritzzyklus eingeführte Brennstoffmenge zu minimieren, um Motorverbrennungs geräusch und/oder Emissionen von Stickoxiden (NO_x) zu minimieren. Eine solche Verminderung der gelieferten Brennstoffmenge wird als Ratenformen oder -gestalten der Brennstofflieferung bezeichnet. Es sind mehrere bekannte Einrichtungen verfügbar, die ein Ratenformen von Brenn stofflieferungsmengen gestatten. Es ist erwünscht, eine kompakte und vereinfachte Ratenformeinrichtung vor zusehen, die leicht innerhalb einer Brennstoffeinspritz vorrichtung aufgenommen bzw. gepackt werden kann.

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

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Brennstoffeinspritzdüsen- und -spitzenanordnung offen bart, die ein Nadelgehäuse aufweist, welches eine Mit telachse besitzt und einen Hohlraum entlang von dieser definiert. Mindestens eine Sprühzumeßöffnung verläuft durch das Gehäuse an einem ersten Endteil des Hohlraums. Ein Steueranschluß mit einem kleineren Durchmesser als der Hohlraum verläuft durch das Gehäuse an einem zweiten Endteil des Hohlraums. Ein Ablaßdurchlaß des Gehäuses ist allgemein parallel mit dem Hohlraum und ist strömungsmit telmäßig mit dem Hohlraum zwischen dem ersten Endteil und dem zweiten Endteil verbunden. Ein Nadelrückschlagventil bzw. ein Nadelrückschlagventilkörper ist in dem Hohlraum angeordnet und besitzt eine Spitze, die betriebsmäßig mit dem ersten Endteil des Hohlraums in Eingriff steht und die Zumeßöffnung in einer ersten Position betriebsmäßig blockiert. Das Nadelrückschlagventil ist so bemessen, daß es eine enge Gleitpassungsbeziehung und radiale Abdicht beziehung mit dem Hohlraum vorsieht. Ein ebenfalls in dem Hohlraum angeordneter Hut bewegt sich betriebsmäßig zwischen einer ersten Position an dem zweiten Endteil des Hohlraums, in der eine Strömungsmittelströmung durch den Steueranschluß blockiert wird, und einer zweiten Position beabstandet von dem zweiten Endteil des Hohlraums, welche eine Strömungsmittelströmung durch den Steueranschluß gestattet. Vorspannmittel sind funktionsmäßig zwischen dem Nadelrückschlagventil(-körper) und dem Hut angeordnet und spannen den Hut und das Nadelrückschlagventil in ihre jeweiligen ersten Positionen vor. Ein in dem Hohlraum zwischen dem Nadelrückschlagventil(-körper) und dem Hut angeordnetes Stiftglied besitzt eine Länge, die kürzer ist als ein Abstand zwischen der Reaktionsoberfläche der Vorspannmittel des Nadelrückschlagventils in der ersten Position und dem Hut in der ersten Position.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Düsen- und Spitzen anordnung für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung vor, wobei ein vorgespannter Hut ein Einspritzratenformen oder -gestalten der Brennstoffmenge vorsieht und wobei die An ordnung die Brennstoffmenge vermindert, die zu einem frühen Zeitpunkt in dem Einspritzzyklus bzw. der Ein spritzphase in die Verbrennungskammer eingespritzt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines hydrau lisch betätigten, elektronisch gesteuerten Ein heitsbrennstoffeinspritzvorrichtungssystem der vorliegenden Erfindung, und zwar einschließlich sowohl eines Betätigungsströmungsmittelkreises und eines Brennstoffeinspritzkreises für einen Acht-Zylinderverbrennungsmotor mit acht Einheitsein spritzvorrichtungen;

Fig. 2 ist eine schematische Teilschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Einheitseinspritzvor richtung von Fig. 1, wie sie in einem beispiel haften Verbrennungsmotor eingebaut ist;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht einer in Fig. 2 gezeigten Düsen- und Spitzenanordnung;

Fig. 4 ist ein Diagramm bzw. eine Kennlinie der Brenn stoffabgabe als eine Funktion der Zeit;

Fig. 5 ist ein Diagramm bzw. eine Kennlinie der Verset zung des Rückschlagventils bzw. -ventilkörpers und der Versetzung des Huts als eine Funktion der Zeit.

Beste Art der Ausführung der Erfindung

Bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 5, in denen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Elemente oder Merkmale in al len Fig. 1 bis 5 bezeichnen, besitzt eine Düsen- und Spitzenanordnung 10 einer Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 ein Steueranschlußrückschlagventil 14 oder einen Hut 14, wie es in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Während die Einheitseinspritzvorrichtung 12, die in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, als hydraulisch betätigte, elektronisch ge steuerte Einheitseinspritzvorrichtung dargestellt ist, ist verständlich, daß die Erfindung auch auf andere Typen von Brennstoffeinspritzvorrichtungen anwendbar ist, und zwar einschließlich, aber nicht beschränkt auf mechanisch betätigte, mechanisch gesteuerte Einheitseinspritzvor richtungen und Einspritzvorrichtungen, die in Pumpen- Leitungs-Düsen-Brennstoffsystemen verwendet werden. Die Einspritzvorrichtung 12 ist beispielsweise in einem hy draulisch betätigten, elektronisch gesteuerten Ein spritzvorrichtungssystem 16 angeordnet, welches im weiteren als das HEUI-Brennstoffeinspritzvorrichtungs system bezeichnet wird. Die Einheitseinspritzvorrich tungen 12 sind in Fig. 1 so dargestellt, daß sie mit einem Diesel-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor 18 verwendet werden. Während ein V-8-Zylindermotor in Fig. 1 gezeigt und hier beschrieben wird, sei bemerkt, daß die Erfindung auch auf andere Arten von Motoren anwendbar ist, wie beispielsweise Reihenzylindermotoren und Drehmotoren, und daß der Motor weniger oder mehr als acht Zylinder oder Verbrennungskammern 19 umfassen kann. Der beispielhafte Motor 18, der in Fig. 2 nur teilweise gezeigt ist, besitzt ein Paar von Zylinderköpfen 20. Jeder Zylinderkopf 20 besitzt eine oder mehrere Einheitseinspritzvorrichtungsbohrungen 22, wobei hier vier vorgesehen sind. Die folgende Beschreibung wird zuerst die Elemente und den Betrieb des HEUI-Systems 16 beschreiben und wird dann Besonderheiten der erfindungs gemäßen Ausführungsbeispiele der Düsen- und Spitzen anordnung 10 in größerer Einzelheit beschreiben.

Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 umfaßt das HEUI-Brenn stoffeinspritzsystem 16 vorzugsweise eine oder mehrere hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte Einheits einspritzvorrichtungen 12, die in der Lage sind, in einer jeweiligen Einheitseinspritzvorrichtungsbohrung 22 posi tioniert zu werden, Mittel oder eine Einrichtung 26 zum Liefern von hydraulischen Betätigungsströmungsmittel oder Dämpfungsströmungsmittel an jede Einheitseinspritzvor richtung 12; Mittel oder eine Einrichtung 28 zum Liefern von Brennstoff an jede Einheitseinspritzvorrichtung, und Mittel oder eine Einrichtung 30 zum elektronischen Steuern des HEUI-Brennstoffsystems 16, beispielsweise ein elektronisches Steuermodul 30. Während in diesem Aus führungsbeispiel Einheitseinspitzvorrichtungen 12 be vorzugt werden, können für andere Anwendungen nicht vereinheitlichte Einspritzvorrichtungen besser geeignet sein (zum Beispiel Einspritzvorrichtungen, die in Pumpen- Leitung-Düsen-Brennstoffsystemen verwendet werden).

Die Mittel oder Einrichtung 26 zum Liefern von hydrauli schen Betätigungsströmungsmittel und Dämpfungsströmungs mittel an jede Einheitseinspritzvorrichtung umfaßt einen Sumpf 32 und eine Niedrigdruckübertragungs- oder -trans ferpumpe 34, die Strömungsmittel aus dem Sumpf 32 zieht. Die Einrichtung 26 umfaßt auch einen Kühler 36, einen Filter 38 und eine Hochdruckpumpe 40 mit einem integrier ten Drucksteuersystem, durch das Hydraulikbetätigungs strömungsmittel von der Niedrigdrucktransferpumpe 34 geleitet wird. Die Hochdruckpumpe 40 verändert einen Strömungsmittelausgangsdruck von einem Ausgangsanschluß 42 der Hochdruckpumpe 40 ansprechend auf ein Signal S9 von dem elektronischen Steuermodul (ECM) 30. Das Signal S9 von dem ECM 30 wird als eine Funktion von einem oder mehreren Eingangssignalen S1 bis S8 bestimmt, die eine Anzeige bilden für eine Vielzahl von Systemparametern.

Hydraulikbetätigungsströmungsmittel fließt von dem Aus gangsanschluß 42 der Pumpe zu den Rückschlagventilen 44. Die Rückschlagventile 44 sind parallel mit Zumeßöffnungen 46 angeordnet. Hydraulikbetätigungsströmungsmittel fließt von den Rückschlagventilen 44 zu Hydraulikbetätigungs strömungsmittelsammmelleitungen 48. Hydraulikbetätigungs strömungsmittel innerhalb der Sammelleitung 48 tritt in die Einheitsbrennstoffeinspritzvorrichtungen 12 ein. Die Mittel oder Einrichtung 28 zum Liefern von Brennstoff umfaßt einen Brennstofftank 50 und eine Übertragungs- oder Transferpumpe 52, die Strömungsmittel von dort ent fernt und es durch Aufbereitungsmittel 54 leitet, welche auch ein Teil der Brennstoffliefereinrichtung 28 sind. Brennstoff fließt von den Aufbereitungsmitteln 54 in Brennstoffsammelleitungen 56 und in die jeweiligen Reihen oder Gruppen von Einheitseinspritzvorrichtungen 12. Der Brennstoff wird an die Brennstoffsammelleitungen 56 und Einspritzvorrichtungen 12 unter einem relativ niedrigen Druck geliefert (beispielsweise ungefähr 276 bis 413 kPa oder 40 bis 60 psi).

Eine Betätiger- und Ventilanordnung 58 jeder Einheitsein spritzvorrichtung 12, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, ist mit Mitteln oder einer Einrichtung versehen zum wahlwei sen Verbinden bzw. Leiten von entweder Hochdruckbetäti gungsströmungsmittel oder Niedrigdruckdämpfungsströ mungsmittel zu jeder Einheitseinspritzvorrichtung 12, und zwar ansprechend auf den Empfang eines elektronischen Brennstofflieferbefehlssignals S10. Die Betätiger- und Ventilanordnung 58 umfaßt einen Betätiger 60, vorzugs weise in Form einer Elektromagnetanordnung 60, und ein Ventil 62, vorzugsweise in Form eines Sitzventils 62. Die Elektromagnetanordnung 60 umfaßt eine feste Statoranord nung 64 und einen beweglichen Anker 66. Das Sitzventil ist in einer Körperbohrungskammer 67 angeordnet.

Die Einheitseinspritzvorrichtung 12 besitzt einen Ver stärkungs- oder Intensivierkolben 68 und einen dazugehö rigen Brennstoffpumpkolben oder -plunger 70, der entweder ein separates Bauteil oder integral mit dem Kolben 68 ausgebildet sein kann. Der Plunger 70 erstreckt sich in eine Bohrung 72 einer Trommel 74 und definiert eine Brennstoffpump- oder Plungerkammer 76 darin. Eine Plun gerfeder 78 ist zwischen dem Verstärkungskolben 68 und der Trommel 74 angeordnet und umschreibt bzw. umgibt den Plunger 70.

Das ECM 30 empfängt Eingangsdatensignale von einer oder mehreren Signalanzeigeeinrichtungen, beispielsweise acht Signalanzeigeeinrichtungen, die Signale S1 bis S8 lie fern. Eingangsdatensignale können die Motorgeschwindig keit oder -drehzahl S1, die Motorkurbelwellenposition S2, die Motorkühlmitteltemperatur S3, den Motorabgasstaudruck S4, den Luftansaugsammelleitungsdruck S5, den Hydraulik betätigungsströmungsmittelsammelleitungsdruck S6, die Drossel- oder Gaspedalposition oder eine gewünschte Brennstoffeinstellung S7 und ein Getriebebetriebs zustandsanzeigesignal S8 umfassen, welches beispielsweise die Gangeinstellung des Getriebes anzeigt. Das Ausgangs steuersignal S9 ist das Betätigungsströmungsmittelsammel leitungsdruckbefehlssignal, das an die Hochdruckpumpe geliefert wird, welche ein Element der Einrichtung 26 zum Liefern von Hydraulikbetätigungsströmungsmittel ist. Ein Druckwandler 79 zum Liefern des Signals S6 ist in Fig. 1 gezeigt.

Bezugnehmend auf Fig. 3 umfaßt die Düsen- und Spitzen anordnung 10 einen Anschlag 80, der an die Trommel 74 auf einer Seite gegenüberliegend dem Plunger 70 und Kolben 68 anstößt. Der Anschlag definiert einen Brennstoffeinlaß durchlaß 82, einen Steueranschluß 84 und einen Auslaß durchlaß 86. Alle drei Elemente 82, 84, 86 sind strö mungsmittelmäßig an einem Endteil der Brennstoffplun gerkammer 76 der Trommel 74 verbunden. Der Steueranschluß 84 ist vorzugsweise mittig auf einer mittleren Längsachse 88 angeordnet, entlang von der sich der Plunger 70 und der Kolben 68 hin- und herbewegen.

Eine Hülse 90 stößt an den Anschlag 80 gegenüber der Trommel 74 an. Die Hülse 90 definiert eine Federkammer 92 parallel zu der Achse 88, eine Fortsetzung des Auslaß durchlasses 86 innerhalb einer Wand der Hülse 90 und ungefähr parallel zu der Achse 88, und einen Auslaßan schluß 94, der durch die Hülse 90 senkrecht zu der Achse verläuft.

Eine Nadelrückschlagventilspitze 96 stößt an die Hülse 90 gegenüber dem Anschlag 80 an. Die Nadelrückschlagventil spitze 96 besitzt einen langgestreckten Schaftteil 98 mit vermindertem Durchmesser, der auf der Achse 88 zentriert ist. Ein Ende 100 des Schaftteils 98 ist gegenüber der Hülse 90 angeordnet. Die Nadelrückschlagventilspitze 96 definiert sowohl eine ausgedehnte bzw. langgestreckte Sackbohrung 104 entlang der Achse 88 zu dem Ende 100 des Schaftteils 98 hin als auch eine weitere Fortsetzung des Auslaßdurchlasses 86. Die Federkammer 92 der Hülse 90 und die Bohrung 104 der Nadelrückschlagventilspitze 96 weisen zusammen einen kontinuierlichen bzw. durchgehenden Hohl raum auf, wobei ein erster Endteil davon an dem Ende 100 der Nadelrückschlagventilspitze und ein zweiter Endteil davon an dem Anschlag 80 positioniert ist. Eine oder meh rere Brennstoffeinspritzsprühzumeßöffnungen 105 verlaufen durch das Ende 100 in die ausgedehnte bzw. langgestreckte Sackbohrung 104. Dar Auslaßdurchlaß 86 in der Nadelrück schlagventilspitze 96 ist strömungsmittelmäßig mit der Sackbohrung 104 verbunden. Der Anschlag 80, die Hülse 90 und die Nadelrückschlagventilspitze 96 bilden gemeinsam ein Nadelgehäuse 106, in dem der Steueranschlußrück schlagventilkörper 14, eine Feder 110, ein Stift 112, ein Abstandshalter 114 und ein Rückschlagventilkörper 116 an geordnet sind.

In der vorliegenden Erfindung ist der Stift 112 an dem Steueranschlußrückschlagventilkörper 14 befestigt zur gemeinsamen Bewegung damit. Die Einheit aus Steueran schlußrückschlagventilkörper 14 und Stift 112 kann cha rakterisisiert werden als Ratenform- bzw. -gestaltungs ventil 117, wobei der Steueranschlußrückschlagventil körper 14 und der Stift 112 erste bzw. zweite Teile davon bilden. Der Steueranschlußrückschlagventilkörper 14 ist vorzugsweise konisch zum Sitz gegen einen komplementär geformten Sitz 119 des Steueranschlusses 84. Der Rück schlagventilkörper 116 besitzt einen verjüngten Teil 118 zum Sitz innerhalb des Endteils 100 der Nadelrückschlag ventilspitze 96 und ist groß genug, eine Strömungsmit telverbindung zwischen dem Auslaßdurchlaß 86 und den Zumeßöffnungen 105 zu blockieren. Der Abstandshalter 114 ruht gegen den Rückschlagventilkörper 116 in der Feder kammer 92 und sieht eine Federreaktionsoberfläche in Richtung zu dem Hut 14 hin vor. Die Feder 110 ist zwi schen dem Abstandshalter 114 und dem Streueranschluß rückschlagventilkörper 14 angeordnet und spannt den Steueranschlußrückschlagventilkörper 14 und den Nadel rückschlagventilkörper 116 in geschlossene Positionen vor, in denen sie den Steueranschluß 84 bzw. die Zumeß öffnungen 105 blockieren. Bei einem alternativen Aus führungsbeispiel ist der Stift 112 von dem Steueran schlußrückschlagventilkörper 14 getrennt und ist parallel dazu angeordnet mit der Feder zwischen dem Steueran schlußrückschlagventilkörper 14 und dem Abstandshalter 114. Bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel ist der Stift 112 an dem Abstandshalter 114 zur Bewegung damit befestigt.

Der Nadelrückschlagventilkörper 116 besitzt zwei Teile. Ein Führungsteil 120, der entfernt bzw. distal von der Spitze 118 ist, ist so bemessen, daß er eine enge Gleit passungs- und radiale Abdichtbeziehung innerhalb der Boh rung 104 vorsieht. Ein Endteil 122, der einen kleineren Durchmesser besitzt als der Führungsteil 120, erstreckt sich von dem Führungsteil 120 aus und ist von dem ver jüngten Teil 118 umfaßt. Der Auslaßdurchlaß 86 trifft auf einen ringförmigen Auslaßdurchlaß 123, der von der Boh rung 104 und dem Endteil 122 des Nadelrückschlagventil körpers 116 definiert wird. Eine Verbindung zwischen den beiden (86 und 123) ist vorzugsweise charakterisiert durch eine herzförmige Kammer, die ungefähr mit einem Übergang in den Rückschlagventilkörper 116 von dem Füh rungsteil 120 zu dem Endteil 122 ausgerichtet ist. Ein Teil der Bohrung 104 zwischen der herzförmigen Kammer und dem Endteil 100 kann bezüglich des Durchmessers variiert werden, und zwar unabhängig von einem Durchmesser der Bohrung 104 gegenüber der herzförmigen Kammer, in der der Führungsteil 120 des Rückschlagventilkörpers 116 angeordnet ist.

Das HEUI-System arbeitet folgendermaßen. Bezugnehmend auf die Fig. 2 und 3 fließt Brennstoff mit niedrigem Druck von der Brennstoffsammelleitung 56 durch Gehäusebrenn stoffeinlaßlöcher 124, einen ringförmigen Durchlaß 126, einen Durchlaß 128 mit engem Freiraum, wie beispielsweise einem Kantenfilter, und dann durch den Brennstoffeinlaß durchlaß 82. Der Brennstoff mit relativ niedrigem Druck bewegt ein Rückschlagventil 132 aus dem Sitz, welches in dem Einlaßdurchlaß 82 angeordnet ist, und zwar wenn der Druck in der Brennstoffplungerkammer 76 um einen ausge wählten Betrag niedriger ist als der Druck stromaufwärts von dem Rückschlagventil 132. Während das Rückschlag ventil 132 aus seinem Sitz bewegt ist, wird die Brenn stoffplungerkammer 76 mit Brennstoff wieder aufgefüllt. Während die Elektromagnetanordnung 60 in ihrem abge schalteten bzw. ent-erregten Zustand ist, wird das Sitzventil 62 in eine erste oder Nicht-Einspritzposition von einer Sitzfeder 136 vorgespannt und blockiert die Strömungsmittelverbindung zwischen einem Betätigungs strömungsmitteleinlaßdurchlaß 138 und einer Kolbenpump kammer 140, während es eine Verbindung zwischen der Kolbenpumpkammer 140 und einer oberen ringförmigen Umfangsnut 142, einem Verbinderdurchlaß 144 und einem Ablaufdurchlaß 146 öffnet, die mit dem Betätigungs strömungsmittelsumpf 32 in Verbindung stehen. Mit ver nachlässigbarem Strömungsmitteldruck in der Kolbenpump kammer 140 drückt die Plungerfeder 78 gegen den Plunger 70 und den Verstärkungskolben 68 nach oben und drückt den Kolben in den Sitz gegen einen Ventilkörper bzw. ein Ven tilgehäuse 150.

Das HEUI-System gestattet, daß ein Einspritzstartzeit punkt, ein Einspritzstoppzeitpunkt und der Einspritzdruck unabhängig von der Motordrehzahl und -belastung reguliert werden können. Die gelieferte Brennstoffmenge kann infol gedessen unabhängig von der Motordrehzahl und -belastung verändert werden.

Um eine Einspritzung unabhängig von der Motordrehzahl und -belastung zu beginnen, wird ein Brennstofflieferbefehls signal S10 von dem ECM 30 ausgesandt und an eine (nicht gezeigte) elektronische Treibereinheit geliefert. Die elektronische Treibereinheit erzeugt eine vorgewählte Wellenform, die zu der Elektromagnetanordnung 60 einer ausgewählten Einheitseinspritzvorrichtung 12 geleitet wird. Die Elektromagnetanordnung 60 wird elektrisch erregt, so daß der Anker 66 magnetisch zu dem Stator 64 gezogen wird. Das Sitzventil 62 wird durch den sich be wegenden Anker 66 auch angezogen. Das Sitzventil 62 be wegt sich in eine zweite oder Einspritzposition, in der ein unterer Sitz 152 des Sitzventils 62 eine Strömungs mittelverbindung zwischen dem Einlaßdurchlaß 138 und der Kolbenpumpkammer 140 vorsieht, während ein oberer Sitz 154 eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Kolben pumpkammer 140 und einer ringförmigen Körperbohrungs kammer 67 und dem Ablaufdurchlaß 146 blockiert. Hydraulikbetätigungsströmungsmittel mit einem relativ hohem Druck (beispielsweise ungefähr 23 MPa oder 3335 psi) fließt durch den Einlaßdurchlaß 138, die ringförmige Körperbohrungskammer 67, einen Zwischendurchlaß 158 und in die Kolbenpumpkammer 140, wodurch hydraulisch eine Antriebskraft auf den Verstärkungskolben 68 ausgeübt wird.

Das Hochdruckbetätigungsströmungsmittel versetzt den Verstärkungskolben 68 und den Plunger 70 entgegengesetzt der Kraft, die von der zusammengedrückten Plungerfeder 78 und dem Brennstoffdruck erzeugt wird. Der Brennstoff in der Brennstoffplungerkammer 76 wird auf einen Pegel bzw. ein Niveau unter Druck gesetzt, der bzw. das eine Funk tion des Drucks des Betätigungsströmungsmittels in der Verstärkungskolbenpumpkammer 140 und des Verhältnisses der effektiven Flächen A1/A2 zwischen dem Verstärkungs kolben 68 und dem Plunger 70. Dieser unter Druck gesetzte Brennstoff strömt von der Brennstoffplungerkammer 76 durch den Auslaßdurchlaß 86 zu dem ringförmigen Auslaß durchlaß 123, wo er auf den Nadelrückschlagventilkörper 116 wirkt, und zwar entgegengesetzt zu einer Kraft, die von der Nadelrückschlagventilfeder 110 ausgeübt wird. Der unter Druck gesetzte Brennstoff hebt den Nadelrückschlag ventilkörper 116 ab, nachdem ein vorgewähltes Druckniveau erreicht ist, und der Hochdruckbrennstoff fließt durch die Sprühzumeßöffnungen 105 zum Beginn der Einspritzung in die Verbrennungskammer.

Um die Einspritzung zu beenden oder die eingespritzte Brennstoffmenge unabhängig von der Motordrehzahl und -be lastung zu steuern, beendet das ECM 30 sein Brennstoff lieferbefehlssignal S10 an die elektronische Treiber einheit. Die elektronische Treibereinheit beendet dann seine Wellenform, wodurch die Elektromagnetanordnung 60 der ausgewählten Einheitseinspritzvorrichtung 12 elek trisch abgeschaltet bzw. ent-erregt wird. Das Fehlen der magnetischen Kraft gestattet, daß die zusammengedrückte Sitzventilfeder 136 sich ausdehnt, was bewirkt, daß so wohl der Anker 66 als auch das Sitzventil 62 sich zurück in ihre ersten Positionen bewegen.

Industrielle Anwendbarkeit

Brennstoff in der Brennstoffplungerkammer 76, dem Steu eranschluß 84, dem Ablaßdurchlaß 86 und dem ringförmigen Ablaßdurchlaß 123 ist im wesentlichen auf dem gleichen Druck. Bei niedrigem Druck hält die Feder 110 sowohl den Nadelrückschlagventilkörper 116 als auch das Ratenform ventil 117 in der ersten oder Sitzposition. Wenn der Ver stärkungskolben 68 dem Hochdruckbetätigungsströmungs mittel ausgesetzt ist, wird der Plunger 70 zu dem An schlag 80 hin gedrückt, wodurch der Druck des Brennstoffs innerhalb der Düsen- und Spitzenanordnung 10 erhöht wird. Der unter Druck gesetzte Brennstoff wirkt auf eine erste Anlegefläche des Rückschlagventils. Die erste Anlege fläche ist ungefähr gleich der Querschnittsfläche der ausgedehnten bzw. langgestreckten Sackbohrung 104 minus der Sitzfläche (d. h. der nicht-freigelegten Fläche) des auf dem Sitz befindlichen Rückschlagventilteils 118. Der Strömungsmitteldruck gegen den Nadelrückschlagventilkör per 116 versetzt diesen und den Abstandshalter 114 nach oben entgegen der Kraft der Feder 110. Brennstoffdruck wirkt gleichzeitig durch den Steueranschluß 84 gegen eine anfängliche zweite Anlegefläche des Ratenformventils 117, um das Ratenformventil 117 von dem Anschlag 80 aus dem Sitz zu bewegen, indem die Feder 110 überwunden wird. Die anfängliche zweite Anlegefläche ist gleich der Quer schnittsfläche des Steueranschlusses 84 benachbart zu dem Steueranschlußrückschlagventilkörper 14. Die erste Anle gefläche ist anfangs geringfügig größer als die anfäng liche zweite Anlegefläche, was bewirkt, daß der Rück schlagventilkörper 116 aus dem Sitz bewegt wird, bevor das Ratenformventil 117 aus dem Sitz bewegt wird. Brenn stoff fließt in die Brennstoffplungerkammer 76 durch den Ablaßdurchlaß 86 und in den ringförmigen Ablaßdurchlaß 123, wo ein Teil des Brennstoffes durch die Zumeßöff nungen 105 und in die Verbrennungskammer 19 gesprüht wird. Der Rest des Brennstoffes von dem Ablaßdurchlaß 86 füllt den ringförmigen Ablaßdurchlaß 123 auf, wenn der Rückschlagventilkörper 116 axial zu dem Stift 112 hin versetzt wird. Durch den Steueranschluß 84 fließender Brennstoff bewegt sich an dem Ratenformventil 117 vorbei in die Federkammer 92 und durch den Auslaßanschluß 94 in ein Gleichgewicht mit dem Niedrigdruckbrennstoff. Der Abstandshalter 114 kommt dann in Kontakt mit dem Stift 112 des Ventils 117. Es sei bemerkt, daß sobald der Na delrückschlagventilkörper 116 aus seiner Sitzposition versetzt ist, sich die erste Anlegefläche vergrößert, so daß sie ungefähr gleich der Querschnittsfläche der Boh rung 104 ist. Somit ist die erste Anlegefläche wesentlich größer geworden als die zweite Anlegefläche, obwohl die zweite Anlegefläche geringfügig vergrößert wurde, als sich das Ventil 117 aus dem Sitz bewegt hat. Daher drückt eine fortgesetzte axiale Bewegung des Rückschlagventil körpers 116 das Ratenformventil 117 in seinen Sitz, wo durch eine Brennstoffströmung dort vorbei vermindert und beendet wird. Der Rest des Brennstoffauslasses aus der Brennstoffplungerkammer 76 erfolgt ausschließlich durch die Sprühzumeßöffnungen 105 über den Ablaßdurchlaß 86 und den ringförmigen Ablaßdurchlaß 123.

Die Strömung von Brennstoff an dem Ratenformventil 117 vorbei gibt der vorliegenden Erfindung seine Ratenform charakteristik. Fig. 4 zeigt Diagramme bzw. Kennlinien der Brennstoffabgabe f in eine Verbrennungskammer als eine Funktion der Zeit t. Die Diagramme zeigen eine Brennstoffabgabe sowohl mit als auch ohne die Vorteile der Brennstoffeinspritzratenformgebung oder -gestaltung, wie sie von dem Steueranschluß 84 und dem Steueranschluß rückschlagventil(-körper) 14 vorgesehen wird. Die Linie A in Fig. 4, die als eine Strichlinie gezeigt ist, zeigt die Brennstoffabgabe ohne den Vorteil eines Steuer anschlußanschlages. Die Linie B, die als durchgezogene Linie gezeigt ist, repräsentiert die Abgabe in eine Verbrennungskammer, die erwartet würde mit einer Einspritzvorrichtung, die einen Steueranschlußanschlag besitzt, wie er in der vorliegenden Erfindung beschrieben wird. Es ist sogleich deutlich, daß die Ratenformgebung die Brennstoffmenge vermindert, die zu einem frühen Zeitpunkt des Einspritzzyklus in die Verbrennungskammer eingespritzt wird. Der Beginn der Einspritzung oder SOI (start-of injection) ist der Zeitpunkt, in dem der Rückschlagventilkörper aus dem Sitz bewegt wird und die Einspritzung beginnt. Die Zeit t₁ ist der Zeitpunkt, in dem das Ratenformventil 117 aus dem Sitz bewegt wird und die Ratenformgebung beginnt. Die Zeit t₂ ist der Zeitpunkt, in dem der Hut zu seinem Sitz zurückbewegt wird.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Versetzung x des Na delrückschlagventilkörpers 116 und die Versetzung x des Steueranschlußrückschlagventilkörpers 14 als eine Funk tion der Zeit t während eines Einspritzzyklus zeigt. Die Versetzung des Ratenformventils 117 ist mit einer ge strichelten Linie gezeigt. Die Versetzung des Rückschlag ventilkörpers 116 ist als durchgezogene Linie gezeigt.

Weitere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können erhalten werden aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche.

Zusammenfassend sieht die Erfindung also folgendes vor:
Eine Brennstoffeinspritzvorrichtungsdüsen- und -spitzen anordnung weist ein Rückschlagventilgehäuse auf, das eine Mittelachse besitzt und einen Hohlraum dort entlang mit mindestens einer Sprühzumeßöffnung an einem ersten Teil des Hohlraums und einem Steueranschluß mit kleinerem Durchmesser als der Hohlraum an einem zweiten Endteil des Hohlraums definiert. Ein Ablaßdurchlaß des Gehäuses öff net sich in den Hohlraum an dem ersten Endteil. Ein Na delrückschlagventilkörper ist in dem Hohlraum angeordnet und besitzt einen Endteil, der in einer ersten Position mit dem ersten Endteil des Hohlraums betriebsmäßig in Eingriff kommt und die Zumeßöffnung betriebsmäßig blockiert. Ein Steueranschlußrückschlagventilkörper ist auch in dem Hohlraum vorgesehen zur betriebsmäßigen Be wegung zwischen einer ersten Position gegen den zweiten Endteil des Hohlraums, wobei Strömungsmittelströmung durch den Steueranschluß blockiert wird, und einer zweiten Po sition beabstandet von dem zweiten Endteil des Hohlraums, wobei Strömungsmittelströmung durch den Steueranschluß gestattet wird. Eine Vorspanneinrichtung ist funktions mäßig zwischen dem Nadelrückschlagventilkörper und dem Steueranschlußrückschlagventilkörper vorgesehen und spannt den Steueranschlußrückschlagventilkörper und den Nadelrückschlagventilkörper in ihre jeweiligen ersten Positionen vor.

Claims

1. Düsen-und Spitzenanordnung (10), die geeignet ist für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung und fol gendes aufweist:
ein Nadelgehäuse, das einen inneren Hohlraum und mindestens eine Sprühzumeßöffnung definiert;
einen beweglichen Rückschlagventilkörper, der in dem inneren Hohlraum angeordnet ist und betriebsmäßig mindestens eine Sprühzumeßöffnung blockiert;
einen Anschlag, der relativ zu dem Gehäuse festge legt ist und einen Steueranschluß definiert; und
ein Ratenformventil, das zwischen dem Rückschlag ventilkörper und dem Anschlag angeordnet ist und
sich zwischen einer ersten Position, in der das Ventil in dem Steueranschluß sitzt und dadurch die Bewegung des Rückschlagventilkörpers begrenzt, und
einer zweiten Position, in der das Ventil von dem Steueranschluß beabstandet ist und eine Brennstoff strömung dahindurch gestattet, hin- und herbewegbar angeordnet ist, wodurch eine durch die mindestens eine Zumeßöffnung eingespritzte Brennstoffmenge zu einem frühen Zeitpunkt in einem Einspritzzyklus vermindert wird.

2. Düsen- und Spitzenanordnung, die geeignet ist für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung und folgendes aufweist:
ein Rückschlagventilgehäuse, das eine Mittelachse besitzt und folgendes definiert: einen inneren Hohlraum dort entlang, mindestens eine Sprühzu meßöffnung durch das Gehäuse an einem ersten Endteil des Hohlraums, einen Steueranschlußsitz und einen Steueranschluß mit kleinerem Durchmesser als der Hohlraum an einem zweiten Ende des Hohlraums, einen Ablaßdurchlaß, der in der Lage ist, den Hohlraum strömungsmittelmäßig mit einem ersten Endteil einer Brennstoffpumpkammer zu verbinden;
einen Rückschlagventilkörper, der innerhalb des Hohlraums angeordnet ist und so bemessen ist, daß er eine enge Gleitpassungs- und radiale Abdichtbezie hung mit dem Hohlraum vorsieht und einen Teil be sitzt, der zu der zumindest einen Zumeßöffnung hin gerichtet ist und die mindestens eine Zumeßöffnung in einem ersten Teil blockiert;
ein Ratenformventil mit ersten und zweiten Endtei len, wobei das Ratenformventil innerhalb des Hohl raums angeordnet ist und bewegbar ist zwischen einer ersten Position, in der der erste Endteil des Ra tenformventils gegen den zweiten Endteil des Hohl raums anstößt, wodurch eine Strömungsmittelströmung durch den Steueranschluß blockiert wird, und einer zweiten Position, in der der erste Endteil des Ra tenformventils von dem zweiten Endteil des Hohlraums beabstandet ist, wodurch eine Strömungsmittelströ mung durch den Steueranschluß gestattet wird;
Mittel zum Vorspannen des ersten Endteils des Ra tenformventils und des Rückschlagventilkörpers in ihre jeweiligen ersten Positionen, wobei die Vor spannmittel funktionsmäßig zwischen dem Rückschlag ventilkörper und dem Ratenformventil angeordnet sind; und
wobei der zweite Endteil des Ratenformventils, der in dem Hohlraum zwischen dem Rückschlagventilkörper und dem ersten Endteil des Ratenformventils ange ordnet ist, eine kürzere Länge besitzt als ein Ab stand zwischen dem Rückschlagventilkörper und dem ersten Endteil des Ratenformventils in ihren je weiligen ersten Positionen, wodurch eine Relativ bewegung dazwischen begrenzt wird, wobei das Ra tenformventil durch den Rückschlagventilkörper versetzt wird, wenn sich der Rückschlagventilkörper zu einer zweiten Position bewegt, in der der erste Endteil des Ratenformventils gegen den Steueran schlußsitz gehalten wird.

3. Düsen- und Spitzenanordnung gemäß Anspruch 2, wobei das Rückschlagventilgehäuse folgendes aufweist:
einen Anschlag, welcher den zweiten Endteil des Hohlraums vorsieht und den Steueranschluß und einen ersten Teil des Ablaßdurchlasses definiert;
eine Hülse, die eine Fortsetzung des Ablaßdurch lasses von dem Anschlag und eine Vorspannkammer des Hohlraums definiert, in der die Vorspannmittel an geordnet sind sowie einen Auslaßanschluß, der durch die Hülse senkrecht zu der Federkammer hindurch verläuft; und
eine Rückschlagventilspitze, die eine weitere Fort setzung des Ablaßdurchlasses und eine ausgedehnte bzw. langgestreckte Sackbohrung des Hohlraums und die mindestens eine Zumeßöffnung definiert, die an einem Ende der ausgedehnten bzw. langgestreckten Sackbohrung angeordnet ist.

4. Düsen- und Spitzenanordnung gemäß Anspruch 3, wobei der Rückschlagventilkörper einen Führungsteil ent fernt bzw. distal von der Spitze und so bemessen besitzt, um eine enge Gleitpassungs- und radiale Abdichtbeziehung mit dem langgestreckten Sackloch vorzusehen, sowie einen Endteil, der einen kleineren Durchmesser besitzt als der Führungsteil und sich von dem Führungsteil aus erstreckt und die Spitze umfaßt.

5. Düsen- und Spitzenanordnung gemäß Anspruch 2, wobei die Anordnung ferner einen Abstandshalter aufweist, der zwischen dem Nadelrückschlagventilkörper und dem Federglied angeordnet ist.

6. Düsen- und Spitzenanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Ventilmittel ferner folgendes umfassen: einen Anschlag, der relativ zu dem Rückschlagventilgehäuse festgelegt ist und einen Steueranschluß darin definiert, und ein Ventil mit einer ersten Position in dem Steueranschluß sitzend, um eine Bewegung des Rückschlagventilkörpers zu begrenzen, und mit einer zweiten Position beabstandet von dem Steueranschluß, um zu gestatten, daß Brennstoff dort vorbeifließt, wodurch die Anfangsrate der Brennstoffeinspritzung durch die mindestens eine Zumeßöffnung begrenzt wird.