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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fluidzuführsystem zur Versorgung einer
Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen nach Anspruch 1. Zudem
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Übertragung eines Betätigungsfluids
von einer Fluidquelle an eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen nach
Anspruch 13.
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STAND DER
TECHNIK
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Aus
der US-A-4,295,452 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem bekannt, das
dazu dient, einen Gemischverdichtung-Verbrennungsmotor mit Fremdzündung gemäß Betriebsparametern
des Motors mit Kraftstoff zu versorgen. Das Kraftstoffeinspritzsystem weist
ein metallenes Kraftstoffverteilerrohr auf, das über zumindest eine Abzweigleitung
mit zumindest einem Kraftstoffeinspritzventil verbunden ist, wobei die
Abzweigleitung als Metallrohr ausgeführt ist und mit dem Kraftstoffeinspritzventil
mittels einer Gewindeanordnung verbunden ist. Bei dem für die Abzweigleitung
verwendeten Material handelt es sich um ein leicht verbiegbares
Material. Zwischen der Gewindeanordnung an der Abzweigleitung und
dem Kraftstoffeinspritzventil ist ein dünnwandiger, metallener Balg vorgesehen,
mit dessen Hilfe eine seitliche Verschiebung zwischen dem Anbringungspunkt
der Abzweigleitung an dem Kraftstoffverteilerrohr und dem Installationspunkt
des Kraftstoffeinspritzventils ausgeglichen wird sowie die durch
das Kraftstoffeinspritzventil erzeugten Betriebsgeräusche gedämpft werden.
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Bei
diesem bekannten Kraftstoffeinspritzsystem steht der Kraftstoff
typischerweise unter einem niedrigem Druck.
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Auf
bestimmte Kraftstoffeinspritzdüsen
trifft die Beschreibung hydraulisch betätigt, elektronisch gesteuert
zu. Eine hydraulische Betätigung
der Kraftstoffeinspritzdüse
wird bevorzugt durch ein mit erhöhtem
Druck beaufschlagtes Motoröl
erwirkt. Es wird darauf hingewiesen, daß andere Fluids in in sich geschlossenen
Systemen des Fahrzeugs, das durch den Verbrennungsmotor angetrieben
wird, ebenfalls für
die hydrauli sche Betätigung
der Kraftstoffeinspritzdüse
verwendet werden können,
denen z. B. ein Bremsfluid bzw. eine Bremsflüssigkeit, ein Servolenkungsfluid
bzw. Servolenkungsöl
oder dergleichen angehören.
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Eine
exemplarische Kraftstoffeinspritzdüse dieses Typs ist allgemein
in der den Stand der Technik darstellenden 1 mit dem
Bezugszeichen 200 abgebildet. Eine hydraulisch betätigte, elektronische gesteuerte
Einspritzvorrichtung vom "HEUI"-Typ, die im US-Patent
5, 181, 494 und in der SAE Technical Paper Series 930270 unter dem
Titel HEUI – A
New Direction for Diesel Engine Fuel Systems, von S. F. Glassey
et al, 1. – 5.
März 1993,
beschrieben ist, die hierin unter Bezugnahme aufgenommen werden,
ist in der den Stand der Technik darstellenden 1 abgebildet.
Die HEUI 200 besteht aus vier Hauptbauteilen: (1) einem
Steuerventil 202; (2) einem Verstärker; (3) einer Düse 206;
und (4) einem Einspritzdüsengehäuse 208.
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Zweck
des Steuerventils 202 ist es, den Einspritzprozeß zu initiieren
und zu beenden. Das Steuerventil 202 besteht aus einem
Tellerventil 210, einer elektrischen Steuerung 212 mit
einem Anker und einer Magnetspule. Ein Hochdruck-Betätigungsfluid wird
dem unteren Ventilsitz 214 durch einen Ölkanal 216 zugeführt. Um
mit der Einspritzung zu beginnen, wird die Magnetspule der elektrischen
Steuerung 212 mit Strom versorgt, wobei das Tellerventil 210 vom unteren
Sitz 214 zum oberen Sitz 218 hinaufbewegt wird.
Bei diesem Vorgang gelangt ein Hochdrucköl in den Federhohlraum 220 und
in den Kanal 222 zum Verstärker 204. Die Einspritzung
hält solange
an, bis die Magnetspule der elektrischen Steuerung 212 nicht
mehr mit Strom versorgt wird und sich das Tellerventil 210 vom
oberen Sitz 218 zum unteren Sitz 214 bewegt. Der
Druck des Betätigungsöls und des Kraftstoffs
nehmen ab, wenn verbrauchtes Betätigungsöl von der
Einspritzdüse 200 durch
einen offenen Ölaustritt 224 am
oberen Sitz in den Ventilabdeckungsbereich des Verbrennungsmotors
ausgestoßen
wird, der unter Umgebungsdruck steht.
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Das
mittlere Segment der Einspritzdüse 200 besteht
aus dem hydraulischen Verstärkerkolben 236,
dem Plunger 228, dem Kraftstoffverbrennungsraum 230 und
der Plunger-Rückstellfeder 232.
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Die
Verstärkung
des Kraftstoffdrucks auf Kraftstoffeinspritz-Sollwerte wird durch
das Flächenverhältnis zwischen
der oberen Oberfläche 234 des Verstärkerkolbens 236 und
der unteren Oberfläche 238 des
Plunger 228 erreicht und beträgt typischerweise etwa 7:1.
Das Verstärkungsverhältnis kann
auf eine exakte Anforderung zugeschnitten werden, um Soll-Einspritzeigenschaften
zu erreichen. Der Kraftstoff gelangt von einer externen Kraftstoffversorgung durch
den Kanal 240, vorbei an einem Rückschlagventil 242 in
die Kammer 230.
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Die
Einspritzung beginnt mit der Zuführung von
unter hohem Druck stehenden Betätigungsöl zur oberen
Oberfläche 234 des
Verstärkerkolbens 236 über den
Kanal 222. Während
der Kolben 236 und der Plunger 228 sich abwärts bewegen,
steigt der Druck des Kraftstoffs in der Kammer 230 unter
dem Plunger 228 an. Der Hochdruck-Kraftstoff strömt dann
in den Kanal 244 am Rückschlagventil 246 vorbei,
um von oben auf die Nadelventiloberfläche 248 einzuwirken.
Die nach oben gerichtete Kraft öffnet das
Nadelventil 250, und der Kraftstoff wird von der Öffnung 252 gegen
die Vorspannung der Rückstellfeder 256 abgeführt. Der
Kolben 236 bewegt sich weiterhin nach unten, bis die Magnetspule
der elektrischen Steuerung 212 nicht mehr mit Strom versorgt wird,
wodurch bewirkt wird, daß das
Tellerventil 210 zum unteren Sitze 214 unter Einwirkung
der Kraft der Feder 220 zurückkehrt, wobei der Ölstrom blockiert wird.
Die Plunger-Rückstellfeder 232 versetzt
dann den Kolben 236 und den Plunger 228 in ihre
inaktiven, nach oben gerichteten Ausgangspositionen zurück, wie
in 4 gezeigt ist. Während der Plunger 228 zurückkehrt,
zieht der Plunger 228 über
das Kugelrückschlagventil 242 neuen
Kraftstoff in die Kraftstoffkammer 230.
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Bei
der Düse 206 handelt
es sich um eine typische bei Dieselkraftstoffsystemen verwendete
Düse. Gezeigt
ist der Typ mit einer durch das Ventil geschlossenen Öffnung,
obwohl eine Mini-Sac-Version der Spitze ebenfalls erhältlich ist.
Durch interne Kanäle
wird der Kraftstoff der Düsenöffnung 252 zugeführt. Mit
dem Anstieg des Kraftstoffdrucks wird die Düsennadel 250 vom unteren
Sitz 254 angehoben (wie nachstehend beschrieben wird),
wodurch die Kraftstoffeinspritzung ablaufen kann. Mit dem Abfall des
Kraftstoffdruckes gegen Ende der Einspritzung versetzt die Feder 256 die
Nadel 250 zurück
in ihre geschlossene Stellung, in der sie auf dem unteren Sitz 254 aufsitzt.
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Die
Kraftstoffeinspritzdüse 200 verwendet die
hydraulische Energie des unter Druck stehenden Betätigungsfluids,
in diesem Fall Öl,
um eine Einspritzung zu bewirken. Der Druck des einströmenden Öls steuert
die Abwärtsgeschwindigkeit
des Verstärkerkolbens 236 und
die Bewegung des Plungers 228 und somit den Kraftstoffeinspritzverlauf.
Die Menge des eingespritzten Kraftstoffs wird durch das Andauern
eines Signals bestimmt, das dafür
sorgt, daß die Magnetspule
der elektrischen Steuerung 212 mit Strom versorgt wird.
Solange die Magnetspule mit Strom versorgt wird und das Tellerventil 210 nicht
auf seinem Sitz aufliegt, schiebt das Betätigungsfluid andauernd den
Verstärkerkolben 236 und
den Plunger 228 nach unten, bis der Verstärkerkolben 236 am
Boden seiner Bohrung auftrifft.
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Eine ähnliche
HEUI-Düse 200 in
dem SAE-Papier Nr. 1999-01-0196 mit dem Titel „Application of Digital Valve
Technology to Diesel Fuel Injection" und im US-Patent 5,720,261 beschrieben. Bei dieser
Einspritzdüse
ist das Steuer-Tellerventil 202 der HEUI-Düse durch
ein digitales Steuerventil des Schiebertyps ersetzt worden, das
durch zwei Magnetspulen bzw. Solenoidspulen gesteuert wird, wobei der
Ventilschieber als Anker dient.
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In
jedem Fall muß das
Hochdruck-Volumen des Betätigungsfluids
der Kraftstoffeinspritzdüse
zugeführt
werden, um den Kraftstoffeinspritzvorgang zu bewirken. Es gilt,
die Betätigungsfluidzuführung zu erreichen,
während
gleichzeitig die Gesamttoleranz von Baugruppen und Teilen sowie
die relative mechanische Bewegung, die zwischen der das Betätigungsfluid
zuführenden
Vorrichtung und der Kraftstoffeinspritzdüse existiert, berücksichtigt
werden. Die Konstruktion einer beliebigen Vorrich tung für die Zuführung eines
Betätigungsfluids
an eine Kraftstoffeinspritzdüse
unterliegt durch die Gesamttoleranzen einer erheblichen Einschränkung. Die
Einspritzdüse, der
Zylinderkopf, die Betätigungsfluidleitung
und der Verbindungsmechanismus zwischen der Leitung und der Einspritzdüse weisen
allesamt ihnen eigne Toleranzen auf. Ferner muß die Verbindung zwischen der Leitung
und der Einspritzdüse
eine mechanische und thermische Bewegung zwischen der Leitung und
der Einspritzdüse,
die hydraulische Lasttoleranz der Einspritzdüse und die Leistungsanforderungen
der Einspritzdüse
aufnehmen können.
Ein wünschenswerter Zuführmechanismus
wirkt infolge der vorstehend erwähnten
Toleranzen und der vorstehenden erwähnten relativen Bewegung ohne
Spannungskräfte
auf die Einspritzdüse
ein. Der Zuführmechanismus
sollte zudem problemlos mit der Einspritzdüse verbindbar sein.
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In
dem am 5. März
1991 erteilten US-Patent 4,996,962 ist eine Kraftstoffzuführleitungsanordnung offenbart.
Die '962er Anordnung
verwendet Gelenkschalen, die oben an den Kraftstoffeinspritzdüsen angebracht
sind. Kunststoffleitungsrohre, die sich zwischen den Gelenkschalen
erstrecken, sehen eine flexible Verbindung vor. Mit dem '962er Patent ist
sichergestellt, daß bei
derart flexiblen Verbindungen kein Bedarf an einer deutlichen Abgrenzung
bezüglich
einer Maßgenauigkeit
oder geometrischen Ausrichtung der Teile besteht. Es ist zu beachten,
daß, obgleich
geltend gemacht wird, daß die
flexiblen Kunststoffleitungsrohre einen Teil der in der Aufgabenstellung
der vorliegenden Erfindung angeführten Probleme
lösen,
keine Struktur oder Lehre im '962er Patent
offenbart ist, die die vorliegende Erfindung betrifft.
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Das
Betätigungsfluidzuführsystem
der vorliegenden Erfindung erfüllt
im wesentlichen die vorstehend erwähnten, von der Industrie gestellten
Anforderungen. Die Verbinderanordnung der vorliegenden Erfindung,
die sich zwischen der Leitungsanordnung und der Kraftstoffeinspritzdüse erstreckt,
trägt den vorstehend
erwähnten
Toleranzen dadurch Rechnung, daß sie
in drei Dimensionen beweglich ist. Nach dem Einbau, wird ferner
der zwischen der Leitungsanordnung und der Kraftstoffeinspritzdüse vorliegen den,
relativen Bewegung durch die Fähigkeit der
Verbinderanordnung, eine solche Bewegung aufzunehmen, dadurch Rechnung
getragen, daß sie
in drei Dimensionen beweglich ist und um zumindest eine Längsachse
drehbar ist, wobei eine solche Drehung den Zustand herstellt, in
dem eine Verschiebung in einer Ebene, die in bezug auf die Längsachse orthogonal
angeordnet ist, auftreten kann. Die Verschiebung tritt erst auf,
wenn die Drehung vorliegt, und sobald die Drehung auftritt, geschieht
die Verschiebung. Zudem sieht die vorliegenden Erfindung einen außerordentlich
kurzen Weg vor, den das Betätigungsfluid
von der Leitungsanordnung zur Kraftstoffeinspritzdüse zurücklegen
muß. In
der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, daß das L/D2-Verhältnis
für die
Verbinderanordnung kleiner als eins ist. Die vorliegende Erfindung
weist eine Länge
von weniger als 70 mm auf und erfüllt das vorstehende L/D2-Verhältnis.
Ferner ist die Verbinderanordnung des Betätigungsfluidzuführsystems
der vorliegenden Erfindung in dem zwischen den Kipphebeln des Kopfs
des Verbrennungsmotors definierten, begrenzten Raum verfügbar.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Fluidzuführsystem zum Zuführen eines
Fluidvorrats von einer Fluidquelle an eine Kraftstoffeinspritzdüse und weist eine
Leitung zum Übertragen
eines Fluids auf, wobei die Leitung in der Nähe der Kraftstoffeinspritzdüse positionierbar
ist. Die Leitung weist einen darin definierten Fluidkanal auf, wobei
der Fluidkanal mit der Fluidquelle in fluidischer Verbindung steht.
Ein Verbinder steht mit sowohl der Leitung als auch der Kraftstoffeinspritzdüse in fluidischer
Verbindung, um die Leitung mit der Kraftstoffeinspritzdüse fluidisch
zu verbinden. Der Verbinder ist in drei Achsen beweglich, um den
zwischen der Leitung und der Kraftstoffeinspritzdüse vorliegenden
statischen Toleranzen Rechnung zu tragen und um der relativen dynamischen
Bewegung zwischen der Leitung und der Kraftstoffeinspritzdüse Rechnung
zu tragen, so daß die auf
die Kraftstoffeinspritzdüse
einwirkenden Spannungen, die daraus resultieren, daß sie mit
der Leitung fluidisch verbunden ist, im wesentlichen aufgehoben
werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Schnittansicht einer beispielhaften Kraftstoffeinspritzdüse des Stands
der Technik;
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2 ist
eine Schnittansicht der Verbindungsanordnung des Betätigungsfluidzuführsystems der
vorliegenden Erfindung, wobei der Schnitt orthogonal zur Langsachse
der Leitungsanordnung vorgenommen wurde;
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3 ist
eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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4 ist
ein Aufriß eines
Dichtrings der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Schnittansicht des Dichtrings entlang der Linie A-A von 4;
und
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6 ist eine Schnittansicht einer weiteren alternativen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Das
Betätigungsfluidzuführsystem
der vorliegenden Erfindung ist in 2 allgemein
mit dem Bezugszeichen 10 dargestellt. In 2 ist
das Betätigungsfluidzuführsystem 10 verbunden
mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 200 der
vorstehend unter Bezugnahme auf den Stand der Technik beschriebenen Typen
dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, daß die Kraftstoffeinspritzdüse 200 lediglich
ein Beispiel ist und andere hydraulisch betätigte Kraftstoffeinspritzdüsen mit
dem Betätigungsfluidzuführsystem 10 verwendet
werden können.
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Das
Betätigungsfluidzuführsystem 10 weist zwei
Hauptbauteile auf: eine Leitungsanordnung 12 und eine Verbinderhülsenanordnung 14.
Das Zuführsystem 10 kann mit
der Einspritzdüse 200 direkt
verbunden sein oder mittels einer Aufnehmeranordnung 15,
die in 2 dargestellt ist, die auf der Einspritzdüse 200 befestigt
ist und mit derselben fluidisch verbunden ist, mit der Einspritzdüse 200 indirekt
verbunden sein.
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Die
Leitungsanordnung 12 weist zwei Teilkomponenten auf: eine
längliche
Leitung 16 und eine Hülse 18.
Die Leitung und die Hülse 18 weisen
bevorzugt ein einstückiges
Gußstück aus Sphäroguß auf, wie
in 5 gezeigt ist, können aber auch eine verschweißte oder
verlötete
Anordnung sein, wie in 2 gezeigt ist.
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Die
längliche
Leitung 16 ist bevorzugt unmittelbar über und beabstandet von einer
Reihe von in einem Motorzylinderkopf angeordneten Kraftstoffeinspritzdüsen positioniert.
Für einen
Reihenmotor ist eine einzelne Leitung 16 bevorzugt über der
Reihe von Kraftstoffeinspritzdüsen 200 positioniert,
wobei eine Verbinderhülsenanordnung 14 die
längliche
Leitung 16 mit den jeweiligen Kraftstoffeinspritzdüsen verbindet,
jedoch auf einer Seite der Einspritzdüsen angeordnet sein kann, um
dadurch unter der Ventilabdeckung Platz zu sparen. Bei einem V-Motor
bedient jeweils ein Paar von Leitungen 16 die beiden jeweiligen
Zylinderbänke.
Die länglichen
Leitungen 16 sind jeweils mit einer Quelle von einem Hochdruck-Betätigungsfluid
fluidisch verbunden, bei dem es sich bevorzugt um Motorschmieröl handelt.
Die Fluiddrücke
in der Leitung 16 können
in der Größenordnung
von 3.500 psi sein.
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Eine
relative große
Bohrung 22 ist in der länglichen
Leitung 16 in der Nähe
einer jeden der zu bedienenden Kraftstoffeinspritzdüsen 200 definiert. Die
Bohrung 22 erstreckt sich durch die Leitungswand 24 der
Leitung 16 und ist bevorzugt gegenüberliegend der Einspritzdüse 200 angeordnet,
wenn die Leitung in bezug auf die Einspritzdüse funktionsfähig positioniert
wird. Die Bohrung 22 ist entlang einer Achse definiert,
die bevorzugt quer zur Längsachse der
länglichen
Leitung 16 verläuft.
Die Bohrung 22 schneidet den in der Leitung 16 definierten
Fluidkanal 25 und steht mit ihm in fluidischer Verbindung.
In 2 ist die Leitung 16 im Querschnitt dargestellt, wobei
der Schnitt quer zur Längsachse
der Leitung 16 erstellt wurde. Die längliche Leitung 16 kann
mit dem Zylinderkopf des Motors oder einem an dem Zylinderkopf beispielsweise durch
Schrauben oder Stifte angebrachten Leitungsträger ortsfest verbunden sein,
um den hydraulischen Kräften
entgegenzuwirken, die die Tendenz haben, die Leitung von den Einspritzdüsen zu trennen.
Die Leitungswand 24 weist eine innere Oberfläche 26 auf,
die den Fluidkanal 28 in der Leitung 16 definiert.
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Die
Hülse 18 der
Verbinderhülsenanordnung 14 des
Betätigungsfluidzuführsystems 10 besteht aus
einem Hülsen-Zylinderkörper 40.
Der Hülsen-Zylinderkörper 40 ist
in der Bohrung 22 der Leitungsanordnung 12 eng
anliegend aufgenommen. Der Hülsen-Zylinderkörper 40 weist
einen oberen Rand 42 auf. Der obere Rand 42 ragt
in den Fluidkanal 28 hinein und weist eine Bohrung 43 auf,
die mit dem Fluidkanal 28 in fluidischer Verbindung steht.
Der äußere Rand 44 der
Bohrung 43 verfügt über einen
geringeren Durchmesser als der innere Rand 46 der Bohrung 43,
wobei sich die Wand 48 der Bohrung 43 verjüngt, wobei
ihr Durchmesser zwischen dem äußeren Rand 44 und
dem inneren Rand 46 abnimmt. Die äußere Schnittstelle 50 des
Hülsen-Zylinderkörpers 40 mit
der Bohrung 22 ist bevorzugt verschweißt oder verlötet, um
eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Hülsen-Zylinderkörper 40 und
der Bohrung 22 der länglichen
Leitung 16 zu definieren.
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Der
Hülsen-Zylinderkörper 40 weist
einen gegenüberliegenden
unteren Rand 52 auf, der bevorzugt von der Einspritzdüse 200 beabstandet
ist, um eine relative Bewegung zwischen der Leitung 16 und der
Einspritzdüse 200 entlang
der Langsachse 54 aufzunehmen. Der untere Rand 52 ist
bevorzugt abseits des Berührungspunkts
(bzw. Tangentialpunkts) (nicht gezeigt) mit der äußeren Oberfläche der
länglichen
Leitung 16 angeordnet, wobei er aus der Leitung 16 herausragt.
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Der
Hülsen-Zylinderkörper 40 weist
eine durch ihn hindurch definierte Bohrung 58 auf. Der
Abschnitt der Bohrung 58, der sich vom unteren Rand 52 nach
oben erstreckt, wie in 2 dargestellt ist, ist zylindrisch.
Der zylindrische Abschnitt der Bohrung 58 stellt nahe des
unteren Rands 52 eine Ringnut 60 dar. Die Bohrung 58 weist
einen Absatz 62 in der Nähe des oberen Rands 42 des
Zylinderkörpers 40 auf.
Der Ab satz 62 ist durch einen allgemein gekrümmten Abschnitt 64 der
Bohrung 58 mit der Wand 48 verbunden.
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Die
Verbinderanordnung 14 des Betätigungsfluid-Zuführsystems 10 weist
zwei Haupt-Teilkomponenten auf: eine Haltemanschette oder Zwinge 70 und
ein mittleres Rohr 72.
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Die
Zwinge 70 der Verbinderanordnung 14 weist einen
Zwingenkörper 74 auf.
Der Zwingenkörper 74 weist
einen oberen Rand 76 auf, der vom Absatz 62 geringfügig beabstandet
ist, wenn die Zwinge 70 in der Hülse 40 angeordnet
ist, um dazwischen eine ringförmige
Nut zu definieren. Eine O-Ringdichtung 78 kann innerhalb
der ringförmigen
Nut, die zwischen dem oberen Rand 76 und dem Absatz 62 definiert
ist, angeordnet sein, um eine fluiddichte Dichtung zwischen der
Zwinge 70 und der Hülsenanordnung 14 zu
definieren.
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Der
Zwingenkörper 74 weist
eine allgemein flache Bodenfläche 80 auf.
Die Zwinge 70 kann innerhalb des zylindrischen Abschnitts
der Bohrung 58 der Hülse 14 durch
einen Sicherungsring 82 gehalten werden, der auf der Fläche 80 aufliegt
und in der Ringnut 60 angeordnet ist. Der Zwingenkörper ist
auf seiner Außenoberfläche bevorzugt
mit Gewinden versehen, und die Bohrung 58 der Hülse 14 ist
mit einem Gewinde versehen, damit der Zwingenkörper 74 mit der Hülse 14 verschraubt
werden kann, wie in 5 gezeigt ist. In jeder Anordnung
kann sich die Zwinge 70 in einer Druckverbindung mit der
O-Ringdichtung 78 befinden.
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Eine
Bohrung 84 ist in Längsrichtung
durch die Zwinge 70 hindurch definiert. Die Bohrung 84 weist
an der Fläche 80 einen
etwas größeren Querschnitt
als in der Nähe
des ganz inneren Rands 81 der geraden Wand der Bohrung 84 auf.
Die Wand 86 der Bohrung 84 ist daher allgemein
konisch geformt, wobei sie sich einwärts von der Fläche 80 nach
oben zum ganz inneren Rand 81 verjüngt. Die Wand 86 ist durch
einen gekrümmten
Wandabschnitt 88 mit dem oberen Rand 76 verbunden.
Der gekrümmte Wandabschnitt 88 erstreckt
sich von dem ganz inneren Rand 81 zum oberen Rand 76.
Der Ra dius des gekrümmten
Wandabschnitts 88 ist allgemein mit dem Radius des gekrümmten Abschnitts 64 der
Bohrung 58 identisch. Die gekrümmten Wandabschnitte 64, 88 wirken
zusammen, um einen Ring zwischen dem mittleren Rohr 72,
der Zwinge 70 und der Hülse 14 zu
definieren. Der Ring definiert eine Kugelgelenkschale.
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Eine
Kugel 90 eines Kugelgelenks 92 ist in der Kugelgelenkschale
angeordnet. Die Kugel 90 weist eine durch dieselbe definierte
Bohrung 94 auf, um eine geschweißte oder gelötete Sicherung
am Rohr 72 unterzubringen. Bevorzugterweise kann die Kugel 90 einstückig (einheitlich)
mit dem Rohr 72 ausgebildet sein, wie in 5 gezeigt
ist. In jedem Fall liegt zwischen der Kugel 90 und dem
Rohr 72 keine Gleitverbindung vor.
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Das
mittlere Rohr 72 der Verbinderanordnung 14 weist
einen Rohrkörper 96 mit
einer darin definierten Bohrung 95 auf, wobei die Bohrung 95 den
axialen Fluidkanal 28 mit der Einspritzdüse 200 fluidisch
verbindet. Der Rohrkörper 96 weist
in der Nähe
der Einspritzdüse 200 einen
Abschnitt 97 mit einem reduzierten Durchmesser auf, um
innerhalb einer Positionierungsbohrung 98, die in der Aufnahme 15 definiert
ist, aufnehmbar zu sein. Die Bohrung 98 weist bevorzugt
eine gefaste Fläche 99 mit
einem am Eingang der Bohrung 98 im wesentlichen größeren Durchmesser
als der äußere Durchmesser
des Rohrs 72 auf. Die gefaste Fläche kann zwischen dem Rohr 72 und
der Einspritzdüse 200 eine
relative laterale Bewegung in zwei Dimensionen aufnehmen. Unmittelbar
unter der gefasten Fläche 99 ist
die Bohrung 98 mit einer Dichtungsnut 100 versehen,
so daß die
obere Kante 102 der Nut 100 und die gefaste Fläche 99 eine
sehr kurze Lange der Bohrung 98 definieren, die wie gezeigt
benachbart zu dem Rohr 72 angeordnet ist, die hierin als
Messerschneide bezeichnet wird, obwohl sie nicht unbedingt scharf
genug zum Schneiden ist. Die Messerschneide ist dazu vorgesehen,
um die Größe des engen
Spiels zu minimieren, um angemessene Beträge einer Winkelfehlausrichtung
des Verbinderrohrs 96 relativ zur Einspritzdüsen-Einlaßbohrung
aufzunehmen. Das Rohr 72 ist in einer fluiddichten, jedoch
gleitbaren Verbindung der Aufnahme 15 der Einspritzdüse 200 durch eine
O-Ringdichtung 106 angeordnet, die gegen eine Ausstoßbewegung
gegen die Oberseite der Nut 100 durch einen Stützring 104 getragen wird.
Unterhalb der Nut 100 weist die Einspritzdüsenanordnung
eine größere Bohrung 108 auf,
um eine größere Bewegung
des Endes des mittleren Rohrs 72 aufzunehmen, während es
um die Positionierungsbohrung gedreht wird.
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In
montiertem Zustand sind die Kugel 90 und das Rohr 72 in
der Kugelgelenkschale 89 plaziert. Die Haltezwinge 70 wird
dann mit der Bohrung 58, die in der Hülse 40 definiert ist,
verschraubt oder in diese hineingeschoben. Die Ringdichtung 78 befindet
sich dann in einer fluiddichten Verbindung mit der Kugel 90.
Der Ring 82 wird dann eingerastet, um die Zwinge 70 in
der Hülse 14 in
eine feststehende Druckverbindung zu bringen. Die konische Bohrung 86 nimmt
zusammenwirkend mit der gefasten Fläche 99 der Bohrung 98 eine
relative Bewegung in den X-, Y- Achsen (wobei die X-, Y-Achsen sowohl
zu sich selbst orthogonal als auch in einer Ebene orthogonal zur
Längsachse 54 angeordnet
sind) zwischen dem Fluidzuführsystem 10 und
der Einspritzdüse 200 auf. Die
Gleitverbindung des Rohrs 72 und der O-Ringdichtung 106 nimmt eine
Bewegung des Fluidzuführsystems 10 relativ
zu der Einspritzdüse 200 in
der Z-Richtung auf, die mit der Langsachse 54 übereinstimmt.
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In
der statischen Beziehung des Betätigungsfluidzuführsystems 10 zur
Einspritzdüse 200 wird
auf die Einspritzdüse
infolge der vorstehend erwähnten
Gleitbarkeit in der Z-Dimension 54 keine Spannung ausgeübt. Zusätzlich ermöglicht die
Fähigkeit
des Rohrs 72, sich in der X,Y-Ebene relativ zu der Einspritzdüse 200 zu
verschieben, eine dreidimensionale Verschiebbarkeit. Bei einer derartigen Verschiebbarkeit
in der X,Y-Ebene
handelt es sich effektiv um eine Verschiebung des Kugel- und Gelenkschalentyps,
die aus der Drehbewegung der Kugel 90 innerhalb der Gelenkschale 89 resultiert
und in der Einspritzdüse 200 durch
das Verschieben des einen reduzierten Durchmesser aufweisenden Abschnitts 97 des
mittleren Rohrs 72 um den effektiven Drehpunkt, der durch
die Bohrung 98 und den Dichtring 106 ausgebildet
ist, aufgenommen wird.
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Eine
anschließende
dynamische Bewegung des Betätigungsfluidzuführsystems 10 in
bezug auf die Kraftstoffeinspritzdüse 200 kann beispielsweise durch
die Vibration des Motorbetriebs und durch ein Ausdehnen und Zusammenziehen
der verschiedenen Bauteile aufgrund einer Erwärmung und Abkühlung und
dergleichen bewirkt werden. Die dynamische Bewegung wird gleichermaßen in der
X-, Y- und Z-Achse ermöglicht,
wie zuvor unter Bezugnahme auf die statische Gesamttoleranz beschrieben
wurde. Ferner ist das Rohr 72 in bezug auf die Kraftstoffeinspritzdüse 200 zumindest
um eine Längsachse 54 drehbar,
wobei eine derartige Drehung den Zustand erzeugt, in dem ein Verschieben
in der X-Y-Ebene, die in bezug auf die Längsachse 54 orthogonal
angeordnet ist, eintreten kann. Die Verschiebung tritt erst ein,
wenn die vorstehend erwähnte
Drehung vorliegt, und sobald diese Drehung eintritt, liegt die vorstehend
beschriebene Verschiebung vor. Eine relative Bewegung des Betätigungsfluidzuführsystems 10 in bezug
auf die Einspritzdüse 200 wird
durch die Freiheit von bestimmten Bauteilen des Betätigungsfluidzuführsystems 10,
sich in der X- , Y- und Z-Achse ausreichend zu bewegen, aufgenommen,
um im wesentlichen die gesamte dynamische Bewegung aufzunehmen,
die zwischen dem Zuführsystem 10 und der
Einspritzdüse 200 während des
Betriebs des Motor eintritt. Dementsprechend werden sowohl in einer statischen
Situation als auch in einer dynamischen Situation infolge der Fähigkeit
der Verbinderanordnung 14, sich zumindest um eine Achse
zu bewegen und sich in der X-, Y- und Z-Achse dreidimensional zu bewegen,
durch das Zuführsystem 10 praktisch
keine mechanischen Spannungen auf die Kraftstoffeinspritzdüse 200 ausgeübt.
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Während einer
Kraftstoffeinspritzung strömt zum
Zuführen
eines Betätigungsfluids
zur Krafstoffeinspritzdüse 200 ein
Hochdruck-Fluid von der Hochdruckfluid-Quelle durch die längliche Leitung 16.
Das Fluid gelangt durch die axiale Bohrung 100 des Rohrkörpers 72 zur
Kraftstoffeinspritzdüse 200 zum
Steuern des Einspritzvorgangs, wie in der Beschreibung des Stands
der Technik erläutert
ist.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt. Ein
grundlegender Unterschied zwischen der Ausführungsform von 3 und
der Ausführungsform von 2 ist
die Einrichtung zum Verbinden des einen reduzierten Durchmesser
aufweisenden Abschnitts 97 des Rohrkörpers 96 mit der Einspritzdüse 200.
Bei dieser Ausführungsform
ist je nach dem in dem inneren Rand der Einspritzdüse 200 oder
der Aufnahme 15 eine ringförmige Absetzung 120 definiert.
In der Darstellung von 3 handelt es sich bei der ringförmigen Absetzung 120 um
eine horizontale Seite 122, der mit einer vertikalen Seite 124 zusammengefügt ist.
Die ringförmige
Absetzung 120 definiert einen ringförmigen Raum zwischen dem äußeren Rand
des einen reduzierten Durchmesser aufweisenden Abschnitts 97 des
Rohrkörpers 96 und der
Einspritzdüse 200 oder
der Aufnahme 15. Eine Mehrzahl von Gewinden 126 sind
auf dem äußeren Rand
der Einspritzdüse 200 im
wesentlichen gegenüberliegend
der ringförmigen
Absetzung 120 definiert.
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Eine
Hutmutter 128 steht mit den Gewinden 126 in Gewindeeingriff.
Die Hutmutter 128 weist Gewinde 130 auf, die auf
dem inneren Rand der Seitenwand 132 der Hutmutter 128 definiert
sind, um den Gewindeeingriff zu erreichen. Die Seitenwand 132 ist allgemeiner
Art und weist einen sich nach innen erstreckenden Hut 134 auf,
der am oberen Rand der Seitenwand 132 ausgebildet ist.
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Der
Hut 134 weist ein in einer Spitze auslaufendes Dach 136 mit
einer gefasten oder konischen Oberfläche 138 auf. Die gefaste
Oberfläche 138 definiert
eine Bohrung 139 mit einem unteren Rand der gefasten Oberfläche 138.
Die Bohrung 139 ist so ausgelegt, daß sie mit dem äußeren Rand
des einen reduzierten Durchmesser aufweisenden Abschnitts 97 des
Rohrkörpers 96 eine
enge Gleitverbindung eingeht. Die an der Unterseite des Huts 134 befindliche
Oberfläche
definiert eine unter Fläche 140.
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Die
Druckfläche 140 umschließt im wesentlichen
den ringförmigen
Raum, der durch die ringförmige
Absetzung 120 definiert ist. In der Darstellung von 3 sind
eine O-Ringdichtung und ein Stützring 144 in
diesem ringförmigen
Raum angeordnet. Während
die Hutmutter 128 auf die Einspritzdüse 200 geschraubt
wird, liegt die untere Fläche 140 auf dem
Stützring 144 auf,
des die obere Begrenzungsfläche
für die
O-Ringdichtung 142 bildet, die zwischen dem Rohrkörper 96 und
der vertikalen Wand 124 für eine radiale Abdichtung sorgt.
Diese Verbindung ermöglicht
immer noch eine relative Translationsbewegung zwischen dem Rohrkörper 96 und
der Einspritzdüse 200 entlang
der Z-Längsachse 54.
Zudem nimmt die gefaste Fläche 138 eine
relative laterale Bewe gung auf, die zwischen der Leitungsanordnung 12 und
der Kraftstoffeinspritzdüse 200 in
der X-Y-Ebene existiert, die orthogonal zur Längsachse 54 angeordnet
ist.
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Es
wird darauf hingewiesen, daß die
O-Ringdichtung 142 und der Stützring 144 nur Beispiele sind.
Es können
andere Dichtungseinrichtungen einschließlich eines glasgefüllten Rings
verwendet werden. Zusätzlich
kann als Ersatz für
die O-Ringdichtung 142 und
den Stützring 144,
die in 2 gezeigt ist, eine D-Ringdichtung, wie sie in
den 4 und 4a dargestellt ist, verwendet
werden. Die D-Ringdichtung 146 ist bevorzugt aus einem
Fluorkohlenwasserstoffmaterial gefertigt und weist einen relativ
hohen Härtegrad
(bzw. Durometer Characteristic) auf. Der Härtegrad kann größer 90 sein
und ist bevorzugt 96. Die D-Ringdichtung 146 weist
eine allgemein flache Fläche 148 mit
einem mittig angeordneten Vorsprung 150 auf, der die vertikale
Wand 124 kontaktiert. Eine gekrümmte Fläche 152 erstreckt sich
vom oberen und unteren Rand der flachen Fläche 148 und kann durch
eine Reihe von Facetten definiert sein. In der Darstellung von 4a weist
die gekrümmte
Fläche 152 ein
Paar von horizontalen Facetten 154, ein Paar von geneigten
Facetten 158 und eine einzelne vertikale Facette 160,
um die allgemein gekrümmte
Form der gekrümmten
Fläche 152 zu
definieren. In der Ausführungsform
von 3 kann die D-Ringdichtung 146 sowohl
die O-Ringdichtung 142 als auch den Stützring 144 ersetzen,
um Kosten einzusparen.
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5 stellt
eine bevorzugte Ausführungsform
des Betätigungsfluidzuführsystems 10 dar
und ersetzt ein Sicherungselement des Sprengringtyps für die Hutmutter 128 von 3.
Damit diese Ersetzung ausgeführt
werden kann, ist eine Sicherungselement-Ringnut 162 am
oberen Rand der ringförmigen
Absetzung 120 definiert. Eine gefaste Fläche 166 ist
in der Einspritzdüse 200 definiert,
die sich von der Sicherungselement-Ringnut 162 aufwärts erstreckt.
Es ist zu beachten, daß die
Gewinde 130, die im äußeren Rand
der Einspritzdüse 200 definiert sind,
wie in 3 dargestellt ist, in der Darstellung von 5 nicht
vorhanden sind. Ein Sprengring 164 kann in der Sicherungselement-Ringnut 162 angeordnet
sein. Ein Stützring 144 ist
in dem ringförmigen Raum
angeordnet, der durch die ringförmige
Absetzung 120 unmittelbar unter dem Sprengring 164 definiert.
Der Stützring 144 behält die D- Ringdichtung 146 innerhalb
dieses ringförmigen
Raums ein. Es ist zu beachten, daß der Stützring 144 eine verjüngte Innenfläche 168 aufweist,
die sich zu einem Messerschneide 170 am unteren Rand der
verjüngten
Fläche 168 verjüngt. Die
Messerschneide 170 definiert eine Bohrung innerhalb des
Stützrings 144,
die nur etwas größer ist
als der Außendurchmesser
des einen reduzierten Durchmesser aufweisenden Abschnitts 97 des
Rohrkörpers 96,
um ein enges Spiel zu schaffen, um den Dichtring 146 davor
zu bewahren, entlang des Rohrkörpers 96 nach
außen
geschoben zu werden. Die Messerschneide ist dafür vorgesehen, die Größe des engen
Spiels zu minimieren, um entsprechende Beträge einer Winkelfehlausrichtung
des Verbinderrohrs 96 relativ zur Einspritzdüseneinlaßbohrung
aufzunehmen.
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Im
montierten Zustand sind die D-Ringdichtung 146 und der
Stützring 144 innerhalb
des ringförmigen
Raums angeordnet, der durch die ringförmige Absetzung 120 definiert
ist. Der Sprengring 164 wird nach innen gedrückt, während er
die gefaste Fläche 166 hinabgleitet
und dehnt sich dann nach außen aus,
um die Sicherungselement-Ringnut 162 auszufüllen, um
den Stützring 144 und
die D-Ringdichtung 146 in Position zu halten, um zu verhindern,
daß die Dichtung
herausfällt.
Der D-Ring bildet eine fluiddichte, radiale Dichtung zwischen der
Kraftstoffeinspritzdüse 200 und
dem Betätigungsfluidzuführsystem 10. Es
ist zu beachten, daß die
verjüngte
Fläche 168 auf dem
Stützring 144 eine
relative Bewegung des Betätigungsfluidzuführsystems 10 relativ
zur Kraftstoffeinspritzdüse 200 und
der X-Y-Ebene aufnimmt, während
die Gleitverbindung der äußeren Oberfläche eines
einen reduzierten Durchmesser aufweisenden Abschnitts 97 des
Rohrkörpers 96 und
der D-Ringdichtung 146 eine relative Bewegung zwischen
dem Betätigungsfluidzuführsystem 10 und
der Einspritzdüse 200 entlang
der Z-Längsachse 54 aufnimmt.
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Die
vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden,
ohne vom Gedanken der wesentlichen Attribute der Erfindung abzuweichen.
Daher sind die dargestellten Ausführungsformen in jeder Hinsicht
als veranschaulichend und nicht einschränkend aufzufassen, wobei auf
die angehängten
Ansprüche
und nicht auf die vorhergehende Beschreibung Bezug genommen wird,
um auf den Schutzbereich der Erfindung hinzuweisen.