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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Brennstoffeinspritzvorrichtungen
und insbesondere auf Düsenanordnungen
für Brennstoffeinspritzvorrichtungen,
die ein eingeschlossenes Volumen über dem Nadelventilglied einsetzen,
welches durch einen Druckabfalldurchlass mit einem Niederdruckraum
verbunden ist.
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Bei
vielen Brennstoffeinspritzvorrichtungen wird ein einfaches federvorgespanntes
Nadelrückschlagelement
verwendet, um den Düsenauslaß zu öffnen und
zu schließen.
Das Nadelventilglied weist typischerweise mindestens eine Hydraulikhubfläche auf,
auf die durch Strömungsmitteldruck
eingewirkt wird. Eine Druckfeder ist positioniert, um die Nadel
zu ihrer geschlossenen Position hin vorzuspannen. Wenn der Brennstoffdruck über einen
Ventilöffnungsdruck
ansteigt, der ausreicht, um die Feder zu überwinden, hebt sich das Nadelventilglied,
um den Düsenauslaß zu öffnen, um
ein Einspritzereignis zu beginnen. Jedes Einspritzereignis endet,
wenn der Brennstoffdruck unter einen Druck fällt, der nötig ist, um das Nadelventil
gegen die Wirkung der Vorspannfeder offen zu halten. Wenn dies auftritt,
drückt
die Feder das Nadelventilglied nach unten in seine geschlossene
Position, um das Einspritzereignis zu beenden.
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Eine
Verbesserung des einfachen federvorgespannten Nadelrückschlagelementes
wird beschrieben in
US-Patent
5 429 309 von Stockner, dessen Verbesserung besser bekannt
ist als eine Düse mit
eingeschlossenem Volumen. Bei einer typischen Brennstoffeinspritzvorrichtung,
die eine Düse
mit eingeschlossenem Volumen einsetzt, wird die Druckvorspannfeder
in einem geschlossenen Volumenraum positioniert. Während eines
Einspritzereignisses wandert Hochdruckbrennstoff auf der Außenoberfläche des
Nadelventilgliedes und in das eingeschlossene Volumen. Dies hebt
den Druck in dem eingeschlossenen Volumen relativ stark an, und
zwar manchmal über
20 MPa. Der Zweck des eingeschlossenen Volumens ist es, die Geschwindigkeit
zu steigern, mit der sich das Nadelventilglied in seine geschlossene
Position am Ende des Einspritzereignisses bewegt. Der Fachmann ist
sich bewußt,
daß es in
den meisten Fällen
wünschenswert
ist, das Einspritzereignis so abrupt wie möglich enden zu lassen, um unerwünschte Geräusche zu
verringern und die Emissionen des Motors zu verbessern bzw. zu senken.
Die Düse
mit eingeschlossenem Volumen erreicht dieses Ziel dadurch, daß das Nadelventilglied zu
seiner geschlossenen Position hin am Ende des Einspritzereignisses
nicht nur durch die Kraft der Vorspannfeder sondern, auch durch
eine hydraulische Kraft aufgrund des Druckes in dem eingeschlossenen
Volumen gedrückt
wird, der auf ein Ende des Nadelventilgliedes wirkt.
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Obwohl
das Konzept der Düse
mit eingeschlossenem Volumen sich als zuverlässig bei der Beschleunigung
der Verschlußrate
des Nadelventilgliedes erwiesen hat, ist ein unerwünschter
Nebeneffekt beobachtet worden. In manchen Fällen kann der relativ hohe
Druck, der in dem eingeschlossenen Volumen während eines Einspritzereignisses
entwickelt wird, nicht auf einen relativ niedrigen Druck zwischen den
Einspritzereignissen abfallen. Dies hat den Effekt, den Ventilöffnungsdruck
für ein
darauffolgendes Einspritzereignis anzuheben, da das Nadelventilglied durch
den hydraulischen Druck, zusätzlich
zu der Kraft der Druckvorspannfeder geschlossen gehalten wird. Es
wird nicht nur der Ventilöffnungsdruck
für darauffolgende
Einspritzereignisse angehoben, sondern die Druckabnahme hat die
Tendenz, beträchtlich
zwischen einzelnen Einspritzvorrichtungen zu variieren, so daß der Ventilöffnungsdruck
schwer vorherzusagen ist. Das Endergebnis dieses Effektes ist, daß die Brennstoffeinspritzvorrichtungen
dazu tendieren, weniger Brennstoff einzuspritzen als erwartet, und
die eingespritzte Menge ist in gewisser Weise unvorhersagbar.
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Aus
DE 713 777 A ist
eine Brennstoffeinspritzvorrichtung bekannt, die einen Ventilkörper mit einer
Düsennadelbohrung,
eine darin angeordnete und dichtend geführte Düsennadel mit verlängertem Schaft
und eine Ventilfeder aufweist. Im Ventilkörper führt eine Einspritzleitung zu
Spritzöffnungen,
die am unteren Teil des Ventilkörpers
vorgesehen sind und die von der Düsennadel geöffnet und geschlossen werden
können. Über der
freien Endfläche
des Schaftes der Düsennadel
ist eine Aussparung im Ventilkörper
vorgesehen. Von der Aussparung verläuft eine Drosselbohrung zur
Einspritzleitung. Im Ventilkörper
ist eine Federkammer zur Aufnahme der Ventilfeder vorgesehen. Von
der Federkammer weg führt
eine Leckölbohrung.
Zwischen der Aussparung und der Leckölbohrung ist eine weitere Drosselbohrung
vorgesehen.
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Vor
dem Einspritzvorgang ist das gesamte Leitungssystem und auch die
Aussparung mit drucklosem Brennstoff gefüllt. Bei Beginn der Einspritzung wird
Brennstoff unter Druck in die Einspritzleitung eingeleitet und beginnt,
die Nadel anzuheben. Das freie Schaftende der Nadel verdrängt dabei
den über ihm
in der Aussparung lagernden Brennstoff in die Leckölleitung.
Durch die Drosselbohrung zwischen der Einspritzleitung und der Aussparung
pflanzt sich der Brennstoffdruck nur verzögert in die Aussparung fort.
Nachdem ein (verzögerter)
Druckausgleich in der Aussparung eingetreten ist, schließt die Nadel
die Spritzöffnungen
unter der Druckkraft der Feder und des Brennstoffdruckes in der
Aussparung.
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Aus
DE 28 01 976 A1 ist
eine Brennstoffeinspritzvorrichtung bekannt, die einen Düsenkörper mit einer
Düsennadelbohrung,
eine darin angeordnete und geführte
Ventilnadel mit verlängertem
Schaft und eine Schließfeder
aufweist. Eine Leitung führt
von einer Kraftstoffpumpe zu einem Druckraum. Eine Kraftstoffeinspritzöffnung ist
am unteren Teil des Düsenkörpers vorgesehen
und kann von der Ventilnadel geöffnet
und geschlossen werden. Über
der Ventilnadel ist ein Schließfederraum
im Düsenkörper vorgesehen.
Vom Schließfederraum
weg führt
eine Leckleitung, in der ein Rückschlagventil
angeordnet ist. Durch diese Bauart ist die Brennstoffeinspritzvorrichtung
gemäß
DE 28 01 976 A1 nicht
zur Bauart mit geschlossenem Volumen zu zählen.
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In
den Druckraum der Brennstoffeinspritzdüse wird Brennstoff unter Druck
eingeleitet. Bei ausreichend hohem Druck wird die Ventilnadel gegen
die Kraft der Schließfeder
angehoben. Solange der Brennstoffdruck anhält, leckt ein Teil des Brennstoffes
zwischen Ventilnadel und Düsenkörper in
den Schließfederraum.
Dieser Brennstoff wird aus dem Schließfederraum über das Rückschlagventil direkt zu der
Leckleitung abgeleitet.
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Die
Schrift
DE 42 25 805
A1 offenbart eine weitere Brennstoffeinspritzvorrichtung,
jedoch nicht mit eingeschlossenem Volumen über der Ventilnadel, die eine
Nut oder Abflachung an einem Kolben vorsieht, der sich in einer
Führungsbohrung
zwischen einer Ventilnadel und einer Federkammer befindet. Die Nut/Abflachung
erstreckt sich nicht über
die gesamte Länge
des Kolbens. Über
die Nut oder Abflachung kann Brennstoff nach einer definierten Hublänge der Ventilnadel
strömen.
Es treten im Betrieb ein erster und ein zweiter Teil der Einspritzung
auf. Während des
ersten Teil der Einspritzung wird eine erste hydraulische Wirkfläche belastet,
so dass die Ventilnadel sich schnell bewegt. Während eines zweiten Teils der
Einspritzung wird durch das Überströmen des Brennstoffes
eine kleinere hydraulische Wirkfläche belastet. Der Verlauf des
Einspritzereignisses kann dadurch beeinflusst werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, diese und andere Probleme
zu überwinden,
die mit Brennstoffeinspritzvorrichtungen assoziiert sind, die die
Technologie der Düse
mit eingeschlossenen Volumen einsetzen.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
weist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung einen Einspritzvorrichtungskorper
auf, der einen Raum mit niedrigem Druck definiert, weiter eine Führungsbohrung, ein
eingeschlossenes Volumen und eine Brennstoffdruckkammer in Strömungsmittelverbindung
mit einem Düsenauslaß. Ein Nadelventilglied
ist in dem Einspritzvorrichtungskörper positioniert und ist beweglich
zwischen einer Einspritzposition, in der die Brennstoffdruckkammer
offen zum Düsenauslaß ist, und
einer geschlossenen Position, in der der Düsenauslaß zur Brennstoffdruckkammer
blockiert wird. Das Nadelventilglied weist einen Führungsteil
und eine hebende hydraulische Oberfläche auf, die dem Strömungsmitteldruck
in der Brennstoffdruckkammer ausgesetzt ist, und eine schließende hydraulische Oberfläche, die
dem Strömungsmitteldruck
in dem eingeschlossenen Volumen ausgesetzt ist. Der Einspritzvorrichtungskörper und/oder
das Nadelventilglied definieren einen Druckabfalldurchlaß, der sich zwischen
dem eingeschlossenen Volumen und dem Niederdruckraum er streckt.
Eine Strömungsmittelverbindung
zwischen dem eingeschlossenen Volumen und der Brennstoffdruckkammer
ist vorgesehen, die im wesentlichen aus einem Spiel zwischen dem Führungsteil
und der Führungsbohrung
besteht.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt weist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung einen
Einspritzvorrichtungskörper
auf, der einen Niederdruckraum definiert, weiter eine Führungsbohrung,
ein eingeschlossenes Volumen und eine Brennstoffdruckkammer in Strömungsmittelverbindung
mit einem Düsenauslaß. Ein Nadelventilglied
ist in dem Einspritzvorrichtungskörper positioniert und ist bewegbar
zwischen einer Einspritzposition, in der die Brennstoffdruckkammer offen
zum Düsenauslaß ist, und
einer geschlossenen Position, in der der Düsenauslaß zur Brennstoffdruckkammer
blockiert wird. Das Nadelventilglied weist einen Führungsteil
und eine hebende hydraulische Oberfläche auf, die dem Strömungsmitteldruck in
der Brennstoffdruckkammer ausgesetzt ist, und eine schließende hydraulische
Oberfläche,
die dem Strömungsmitteldruck
in dem eingeschlossenen Volumen ausgesetzt ist. Der Einspritzvorrichtungskörper und/oder
das Nadelventilglied definieren einen Druckabfalldurchlaß, der sich
zwischen dem eingeschlossenen Volumen und dem Niederdruckraum erstreckt.
Der Druckabfalldurchlaß weist
einen zylindrisch geformten Druckabfallanschluß auf, der von dem Einspritzvorrichtungskörper definiert
wird. Eine Druckfeder ist betriebsmäßig in dem Einspritzvorrichtungskörper positioniert,
um das Nadelventilglied zu seiner geschlossenen Position hin vorzuspannen. Eine
Strömungsmittelverbindung
zwischen dem eingeschlossenen Volumen und der Brennstoffdruckkammer
ist vorgesehen, die im wesentlichen aus einem Spiel zwischen dem
Führungsteil
und der Führungsbohrung
besteht.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt weist eine Düsenanordnung
einen Körper
auf, der einen Brennstoffzirkulationsdurchlaß definiert, weiter eine Führungsbohrung,
ein eingeschlossenes Volumen und eine Düsenkammer in Strömungsmittelverbindung
mit einem Düsenauslaß. Ein Nadelventilglied
ist in dem Körper
positioniert und ist bewegbar zwischen einer Einspritzposition,
in der die Düsenkammer
offen zum Düsenauslaß ist, und
einer geschlossenen Position, in der der Düsenauslaß zur Düsenkammer blockiert wird. Das
Nadelventilglied weist einen Führungsteil,
eine hebende hydraulische Oberfläche,
die dem Strömungsmitteldruck
in der Düsenkammer ausgesetzt
ist, und eine schließende
hydraulische Oberfläche
auf, die dem Strömungsmitteldruck
in dem eingeschlossenen Volumen ausgesetzt ist. Der Körper und/oder
das Nadelventilglied definieren einen Druckabfalldurchlaß, der sich
zwischen dem eingeschlossenen Volumen und dem Brennstoffzirkulationsdurchlaß erstreckt.
Der Druckabfalldurchlaß ist ausreichend
einschränkend
für den
Strömungsmittelfluß, daß der Druck
in dem eingeschlossenen Volumen beträchtlich über den Druck in dem Brennstoffzirkulationsdurchlaß an einem
Ende eines Einspritzereignisses ansteigt, jedoch ist der Druckabfalldurchlaß ausreichend
offen für
den Strömungsmittelfluß, so daß der Druck
in dem eingeschlossenen Volumen auf den Druck in dem Brennstoffzirkulationsdurchlaß vor einem
darauf folgenden Einspritzereignis abfällt. Eine Strömungsmittelverbindung
zwischen dem eingeschlossenen Volumen und der Düsenkammer ist vorgesehen, die
im wesentlichen aus einem Spiel zwischen dem Führungsteil und der Führungsbohrung
besteht.
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1 ist
eine schematische teilweise geschnittene Vorderansicht eines Düsenanordnungsteils
einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß des Standes der Technik.
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2 ist
eine schematische teilweise geschnittene Vorderansicht eines Düsenanordnungsteils
einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
eine Kurvendarstellung einer Nadelverschlußgeschwindigkeit gegenüber dem
Druck in dem eingeschlossenen Volumen am Ende eines Einspritzereignisses.
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4 ist
eine Kurvendarstellung des Druckes in dem eingeschlossenen Volumen
gegenüber der
Zeit für
eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit der und ohne die vorliegende
Erfindung.
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5 ist
eine schematische teilweise geschnittene Vorderansicht eines Düsenanordnungsteils
einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
eine schematische teilweise geschnittene Vorderansicht eines Düsenanordnungsteils
einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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Mit
Bezug auf die 1 und 2 werden gleiche
Bezugszeichen verwendet, um Merkmale zu identifizieren, die sowohl
bei der Brennstoffeinspritzvorrichtung 10 des Standes der
Technik der 1 als auch bei der Brennstoffeinspritzvorrichtung 110 der vorliegenden
Erfindung, wie sie in 2 gezeigt ist, identisch sind.
Die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 10 und 110 weisen
jeweils jeweilige Einspritzvorrichtungskörper 12 und 112 auf,
die aus verschiedenen Komponenten hergestellt sind, die aneinander
in wohlbekannter Weise angebracht sind. Ein Teil der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 10 und 110 sind
jeweilige Düsenanordnungen 11 und 111.
Die Einspritzvorrichtung 11 weist eine Gehäusekomponente 43 auf,
innerhalb der stapelförmig
angebracht eine Spitzenkomponente 40, eine Federkäfigkomponente 41 und
eine Abstandshalterkomponente 42 angeordnet sind. Zusammen
definieren diese Komponenten einen Düsenversorgungsdurchlaß 15,
der sich zu einer Brennstoffdruckkammer bzw. Düsenkammer 16 hin öffnet, die
in Strömungsmittelverbindung
mit einem Düsenauslaß 17 ist.
Zusätzlich
definiert die Gehäusekomponente 43 einen
Brennstoffeinlaß 30,
der in Strömungsmittelverbindung
mit einem ringförmigen
Niederdruckzirkulationsdurchlaß 31 ist,
der von dem Raum zwischen der Spitzenkomponente 40 und den
Außenflächen der
Federkäfigkomponente 41, der
Spitzenkomponente 40 und der Abstandshalterkomponente 42 definiert
wird. Wenn sie wie gezeigt montiert sind, definieren die Spitzenkomponente 40, die
Federkäfigkomponente 41 und
die Abstandshalterkomponente 42 einen Federkäfig 51 mit
eingeschlossenem Volumen, der zur Brennstoffdruckkammer bzw. Düsenkammer 16 über eine
Führungsbohrung 50 hin
offen ist.
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Um
im wesentlichen den Federkäfig 51 mit eingeschlossenem
Volumen von der Brennstoffdruck- bzw. Düsenkammer 16 zu isolieren,
ist ein Nadelventilglied 20 in dem Einspritzvorrichtungskörper 12 positioniert
und weist einen Führungsteil 22 mit
relativ engem Spiel in der Führungsbohrung 50 auf.
Zusätzlich
zu dem zylindrisch geformten Führungsteil 22 weist
das Nadelventilglied 20 ein Paar von hebenden hydraulischen
Oberflächen 21 auf,
die dem Strömungsmitteldruck
in der Brennstoffdruckkammer bzw. Düsenkammer 16 ausgesetzt
sind, und eine schließende
hydraulische Oberfläche 23,
die dem Strömungsmitteldruck
in dem Federkäfig 51 mit
eingeschlossenem Volumen ausgesetzt ist. Das Nadelventilglied 20 weist
einen Abstandshalter 26 auf, der zwischen einer Druckvorspannfeder 29 und
dem Ende mit der schließenden
hydraulischen Oberfläche 23 positioniert
ist. Ein Nadelanschlag 27 ruht auf dem Abstandshalter 26 und
definiert die Bewegungsdistanz des Nadelventilgliedes von seiner
geschlossenen Position zu seiner vollständig offenen Position wie gezeigt.
Der Nadelanschlag 27, der Abstandshalter 26 und
die Druckfeder 29 sind alle innerhalb des eingeschlossenen
Volumens 51 gelegen.
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Die
Einspritzvorrichtung 110 ist im wesentlichen identisch
mit der Einspritzvorrichtung 10 des Standes der Technik
der 1, außer
daß ihre
Spitzenkomponente 140 einen zylindrisch geformten Druckabfallanschluß 145 aufweist,
der sich zwischen dem Niederdruckbrennstoffzirkulationsdurchlaß 31 und
der Führungsbohrung 50 erstreckt.
Der Druckabfallanschluß 145 öffnet sich
vorzugsweise in die Führungsbohrung 50 innerhalb
ungefähr
5% der mittleren Distanz zwischen dem eingeschlossenen Volumen 51 und
der Brennstoffdruckkammer bzw. Düsenkammer 16.
Ein Druckabfalldurchlaß weist
ein Spiel zwischen dem Führungsteil 22 des
Nadelventilgliedes 20 und der Führungsbohrung 50 genauso
wie dem Druckabfallanschluß 145 auf.
Vorzugsweise ist der Druckabfalldurchlaß ausreichend einschränkend für den Strömungsmittelfluß, daß der Druck
in dem eingeschlossenen Volumen 51 beträchtlich über den Strömungsmitteldruck in dem Brennstoffzirkulationsdurchlaß 31 durch
ein Ende eines Einspritzereignisses ansteigt. Darüber hinaus
ist der Druckabfalldurchlaß vorzugsweise
ausreichend offen für
den Strömungsmittelfluß, daß der Druck
in dem eingeschlossenen Volumen 51 auf einen Druck ungefähr gleich
dem Brennstoffdruck in den Brennstoffzirkula tionsdurchlaß 31 abfällt, bevor
ein darauf folgendes Einspritzereignis beginnt.
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Mit
Bezug auf 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Brennstoffeinspritzvorrichtung 210 im wesentlichen
identisch mit den früheren
Ausführungsbeispielen,
außer
daß in
diesem Fall die Federkäfigkomponente 241 einen
zylindrisch geformten Druckabfallanschluß 245 mit extrem kleinem
Durchmesser aufweist. Die Einspritzvorrichtung 210 weist einen
Einspritzvorrichtungskörper 212 auf,
der eine Düsenanordnung 211 aufweist.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel
der 2 ist der Druckabfalldurchlaß 245 vorzugsweise
bezüglich
des Durchmessers so klein, daß er
den Strömungsmittelfluß ausreichend einschränkt, daß der Druck
in dem eingeschlossenen Volumen 51 beträchtlich über den Strömungsmitteldruck in dem Brennstoffzirkulationsdurchlaß 31 am Ende
eines Einspritzereignisses ansteigt. Jedoch müssen der Durchmesser und die
Länge des
Druckabfalldurchlasses 245 so sein, daß er ausreichend offen für den Strömungsmittelfluß ist, daß der Druck
in dem eingeschlossenen Volumen 51 auf den des Brennstoffzirkulationsdurchlasses 31 abfällt, bevor ein
darauf folgendes Einspritzereignis beginnt.
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Mit
Bezug auf 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Brennstoffeinspritzvorrichtung 310 im wesentlichen
identisch mit den früheren
Ausführungsbeispielen,
außer
daß in
diesem Fall der Druckabfallanschluß 245 sich in einen
Spielraum bzw. ein Spiel 346 benachbart zum Abstandshalter 326 öffnet. Die
Einspritzvorrichtung 310 weist einen Einspritzvorrichtungskörper 312 auf,
der eine Düsenanordnung 311 aufweist.
Wie bei den vorigen Ausführungsbeispielen
ist der Druckabfalldurchlaß vorzugsweise ausreichend
einschränkend
für den
Fluß,
daß relativ hohe
Drücke
in dem eingeschlossenen Volumen 51 erreicht werden können. Jedoch
ist der Druckabfalldurchlaß vorzugsweise
ausreichend frei für
den Strömungsmittelfluß, daß der Druck
in dem eingeschlossenen Volumen 51 ungefähr auf den
niedrigen Druck in dem Brennstoffzirkulationsdurchlaß 31 zwischen den
Einspritzereignissen abfällt.
In diesem Ausführungsbeispiel
können
diese Ziele durch Einstellen des Spielraums bzw. Spiels 346 zwischen
dem Abstandshalter 326 und der Wand des eingeschlossenen
Volumens 51 optimiert werden, und zwar durch Einstellung
des Durchmessers des Abfallanschlusses 345 und durch Einstellung
der Lage, wo sich der Anschluß 345 in
das eingeschlossene Volumen 51 bezüglich des Abstandshalters 326 öffnet. Um
die Möglichkeit
der hydraulischen Verriegelung und/oder Kavitation zu verhindern,
wenn sich das Nadelventilglied 320 hebt, weist der Abstandshalter 326 ein
Paar von Strömungsmittelverschiebungslöchern 327 auf.
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Jedes
Einspritzereignis wird eingeleitet, wenn der Stößel 13 durch gewisse
Mittel nach unten getrieben wird, wie beispielsweise durch einen
nockenbetriebenen Mitnehmer oder einen hydraulisch angetriebenen
Verstärkerkolben.
Wenn der Stößel 13 sich
nach unten bewegt, steigt der Brennstoffdruck in der Brennstoffdruckkammer 14 schnell
an. Dieser Brennstoffdruck wird zur Brennstoffdruckkammer bzw. Düsenkammer 16 über den
Düsenversorgungsdurchlaß 15 übermittelt.
Wenn der Stößel 13 seinen
Abwärtshub
fortsetzt, erreicht der Brennstoffdruck schließlich einen Ventilöffnungsdruck,
der auf die hebenden hydraulischen Oberflächen 21 wirkt, der
ausreicht, um die Druckvorspannfeder 29 zu überwinden.
Gleichzeitig, wenn das Nadelventilglied 20 beginnt, sich
zu öffnen,
wandert der Brennstoffdruck hinauf zur Führungsbohrung 50 und
beginnt, den Druck in dem eingeschlossenen Volumen 51 anzuheben.
Es sei bemerkt, daß ein
Teil des Brennstoffdruckes aus dem Druckabfallanschluß 145 leckt.
Zusätzlich
tritt eine gewisse unvermeidbare Leckage aufgrund der Bearbeitungseinschränkungen
auf, die an der Verbindung der Stiftkomponente 140 bestehen,
und zwar an der Federkäfigkomponente 41 und der
Abstandskomponente 42.
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Wenn
das Einspritzereignis fortfährt,
verläßt der Brennstoff
die Brennstoffeinspritzvorrichtung durch den Düsenauslaß 17. Zur gleichen
Zeit baut sich weiter der Brennstoffdruck in dem eingeschlossenen
Volumen 51 auf. Das Ende eines Einspritzereignisses tritt
auf, wenn der Stößel 13 seine
Abwärtsbewegung
beendet, was einen schnellen Druckabfall zur Folge hat. Wenn dies
auftritt reichen die Hydraulikkräfte,
die auf die hebenden Oberflächen 21 wirken,
nicht aus, um das Nadelventil 20 in seiner oberen offenen
Position gegen die abwärts
wirkende Kraft zu halten, die von der Druckfeder 29 und
der Hydraulikkraft erzeugt wird, die auf die schließende hydraulische
Oberfläche 23 wirkt.
Dies bewirkt, daß sich
das Nadelventil 20 schnell nach unten zu seiner geschlossenen
Position hin bewegt, um ein erwünschtes
abruptes Ende für
ein Einspritzereignis vorzusehen.
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Zwischen
den Einspritzereignissen läuft
der relativ hohe Druck in dem eingeschlossen Volumen 51 nach
unten zur Führungsbohrung 50 und
in das Niederdruckgebiet des Brennstoffzirkulationsdurchlasses 31 über den
Druckabfallanschluß 145.
Im Fall des Ausführungsbeispiels
der 5 fällt
der Druck in dem eingeschlossenen Volumen 51 direkt in
dem Brennstoffzirkulationsdurchlaß 31 über den
Druckabfalldurchlaß 245.
Im Fall des in 6 gezeigten Ausführungsbeispiels
fällt der
Druck in dem eingeschlossenen Volumen 51 entlang des Spielraums
bzw. Spiels 346 ab und dann direkt in den Brennstoffzirkulationsdurchlaß 31 über den
Druckabfallanschluß 345.
Dieses Verhalten wird in 4 veranschaulicht und im Kontrast zu
dem Mangel an ausreichendem Druckabfall dargestellt, der bei dem
eingeschlossenen Volumen 51 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 10 des
Standes der Technik auftritt.
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Im
Fall der Brennstoffeinspritzvorrichtung 10 werden höhere Drücke in dem
eingeschlossenen Volumen erreicht, jedoch kann dieser Druck nicht
ausreichend zwischen den Einspritzereignissen abfallen. Jedoch sind
im Falle der Einspritzvorrichtungen 110, 210 und 310 der
vorliegenden Erfindung die Druckabfalldurchlässe ausreichend bemessen, daß im wesentlichen
der gesamte aufgebaute Druck in dem eingeschlossenen Volumen 51 zwischen
den Einspritzereignissen abnimmt. Gleichzeitig sind die Druckabfalldurchlässe ausreichend
klein und einschränkend für den Strömungsmittelfluß, daß der Druck
in dem eingeschlossenen Volumen wesentlich steigt, um eine hydraulische
Beihilfe am Ende eines Einspritzereignisses beim Schließen des
Nadelventilglieds 20 vorzusehen.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 2 wird bevorzugt, da die Leistung dieser Brennstoffeinspritzvorrichtung
sehr unempfindlich auf die Lage des Druckabfallanschlusses 145 ist,
vorausgesetzt, daß er
sich in die Führungsbohrung 50 innerhalb
ungefähr
5% der mittleren Lage zwischen dem eingeschlossenen Volumen 51 und
der Brennstoffdruckkammer bzw. Düsenkammer 16 öffnet. Wenn
der Führungsanschluß wesentlich
nach oben bewegt wird, so daß er
sich in die Führungsbohrung 50 näher am eingeschlossenen
Volumen 51 öffnet,
wird der in dem eingeschlossenen Volumen 51 aufgebaute Druck
schneller abfallen, und der Aufbau von Druck in dem eingeschlossenen
Volumen wird unterminiert. Wenn andererseits der Druckabfallanschluß 145 sich in
die Führungsbohrung 50 näher an der
Brennstoffdruck- bzw. Düsenkammer öffnet, fällt der
in dem eingeschlossenen Volumen 51 aufgebaute Druck langsamer,
und der Brennstoff druck baut sich mit einer niedrigeren Rate während eines
Einspritzereignisses auf.
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Mit
Bezug auf 3 kann die Geschwindigkeit,
mit der das Nadelventilglied geschlossen wird, beträchtlich
durch die Größe des Druckabfalldurchlasses
und andere Faktoren variiert werden, die beeinflussen, wie hoch
der Druck in dem eingeschlossenen Volumen am Ende eines Einspritzereignisses reicht.
Jedoch kommt ein Punkt, wo eine im wesentlichen große Steigerung
des Druckes nur eine relativ kleine Steigerung der Verschlußgeschwindigkeit
des Nadelventilgliedes zur Folge hat.
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Da
die Brennstoffdrücke
im allgemeinen bei Nennzuständen
am höchsten
sind und die Zeit zwischen den Einspritzereignissen am kürzesten
ist, muß der
Druckabfalldurchlaß so
bemessen sein, daß der
Druck bei Nennzuständen
zwischen den Einspritzereignissen abfallen kann. Ein Verfahren,
um einen geeigneten Durchmesser für den Druckabfallanschluß zu erreichen,
ist es, eine Simulation mit einer Anschlußgröße zu starten, die als zu groß bekannt ist.
Die Anschlußgröße wird
stetig in der Simulation verringert, bis sie zu klein ist, um einen
ausreichenden Druckabfall zwischen Einspritzereignissen bei Nennzuständen zu
gestatten. Der Durchmesser, der gerade groß genug ist, um einen ausreichenden Druckabfall
bei Nennzuständen
zu gestatten, wird vorzugsweise ausgewählt.
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Die
obige Beschreibung soll nur zu veranschaulichenden Zwecken dienen
und soll nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise
einschränken.
Der Fachmann wird ohne Zweifel erkennen, daß die veranschaulichten Ausführungsbeispiele
in verschiedener Weise modifiziert werden können, ohne von den in der vorliegenden Erfindung verkörperten
Konzepten abzuweichen, die bezüglich
der unten dargelegten Ansprüche
definiert ist.