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Die
Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil zur Verwendung
bei der Zuführung
von unter Druck stehendem Kraftstoff zu einem Verbrennungsraum eines
Verbrennungsmotors. Die Erfindung betrifft im Besonderen ein Kraftstoffeinspritzventil,
bei dem eine Eigenschaft des Kraftstoffeinspritzventils während des
Betriebs verändert
werden kann.
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Zur
Verringerung der durch einen Motor erzeugten Geräusch- und Partikelemissionsniveaus
ist es erwünscht,
eine Anordnung bereitzustellen, durch die die Einspritzeigenschaften
von an den Motor abgegebenem Kraftstoff gesteuert werden können. Es kann
beispielsweise erwünscht
sein, das durch die Abgabe von Kraftstoff durch ein Einspritzventil
gebildete Einspritzmuster oder die Kraftstoffeinspritzrate einstellen
zu können.
Die britische Patentanmeldung
GB 2 307 007 A und die europäische Patentanmeldung
EP 0 713 004 A beschreiben
Kraftstoffeinspritzventile des Typs, bei dem die Kraftstoffeinspritzeigenschaften
während
des Betriebs variiert werden können,
indem unterschiedliche Sätze
im Kraftstoffeinspritzventildüsenkörper vorhandener
Kraftstoffeinspritzventilauslassöffnungen
gewählt
werden. Bei beiden dieser Kraftstoffeinspritzventilbauarten wird durch
Steuern der Winkelverstellung eines im Düsenkörper untergebrachten Hülsenelements
bewirkt, dass in der Hülse
ausgebildete Öffnungen
mit ausgewählten
Auslassöffnungen
ausgerichtet werden. Eine anschließende nach innen gerichtete
Axialbewegung eines Ventilelements in der Bohrung des Düsenkörpers bewirkt,
dass Kraftstoff aus den gewählten
Auslassöffnungen
ausgestoßen
wird. Kraftstoffeinspritzventile dieses Typs weisen jedoch Leistungsbeschränkungen
auf.
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Darüber hinaus
beschreibt die europäische Patentanmeldung
Nr. 00301922.1 ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Düsenkörper, der
eine Bohrung begrenzt, in der sich ein nach außen öffnendes äußeres Ventilelement gleitend
bewegen kann. Die Bewegung des äußeren Ventilelements
in eine nach außen verlaufende
Richtung bewirkt, dass Kraftstoff aus einer oberen Gruppe von im äußeren Ventilelement vorhandenen
Auslassöffnungen
ausgestoßen
wird. Das äußere Ventilelement
begrenzt eine Sackbohrung, in der eine innere Ventilnadel gleitend
bewegbar ist. Eine nach innen gerichtete Bewegung der inneren Ventilnadel
bewirkt eine Einspritzung von Kraftstoff durch eine untere Gruppe
von im äußeren Ventilelement
vorhandenen Auslassöffnungen.
Die Kraftstoffeinspritzrate wird mittels einer Aktuatoranordnung
gesteuert, die die auf die innere Ventilnadel ausgeübte, nach
unten gerichtete Kraft steuert. Ein Kraftstoffeinspritzventil dieses
Typs leidet jedoch unter den Nachteilen von sich nach außen öffnenden Kraftstoffeinspritzventilen.
Es werden beispielsweise beim Freilegen der Auslassöffnungen
schlechte Einspritzeigenschaften erreicht und darüber hinaus
kann während
unerwünschter
Phasen des Kraftstoffeinspritzzyklus eine Kraftstoffleckage aus
den Auslassöffnungen
auftreten.
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US 5 588 412 beschreibt
ein Kraftstoffeinspritzventil des sich nach innen öffnenden
Typs, der einen Düsenkörper mit
Auslassöffnungen
umfasst, die unterschiedliche axiale Stellungen einnehmen. Die Einspritzung
von Kraftstoff durch unterschiedliche Auslassöffnungen wird durch Steuern
der Axialbewegung eines Kolbenventils gewählt. Das Kraftstoffeinspritzventil
hat jedoch den Nachteil, dass während
unerwünschter
Phasen des Kraftstoffeinspritzventilbetriebs eine hohe Kraftstoffleckagerate durch
die Auslassöffnungen
auftreten kann.
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Der
relevanteste Stand der Technik,
DE 4115478 ,
offenbart eine Einspritzdüse
für einen
Verbrennungsmotor mit mindestens zwei Ventilnadeln, die benachbart
zueinander angeordnet sind und abwechselnd betätigt werden können. Die
Einspritzdüse
gemäß
DE 4115478 umfasst: einen
Düsenkörper mit
einer darin ausgebildeten Bohrung, eine erste und eine zweite Ventilnadel,
wobei die erste Ventilnadel an einem ersten Sitz zur Anlage gelangen
kann, um die Einspritzung von Kraftstoff aus einer im Düsenkörper vorhandenen
ersten Auslassöffnung
zu steuern, und die zweite Ventilnadel an einem zweiten Sitz zur
Anlage gelangen kann, um die Einspritzung von Kraftstoff aus einer
im Düsenkörper vorhandenen
zweiten Auslassöffnung
zu steuern, und wobei beide Ventilnadeln gleitend bewegbar und zueinander
benachbart in der Bohrung angeordnet sind, und eine erste und eine
zweite Steuerkammer für
Kraftstoff, wobei die Steuerung des Kraftstoffdrucks in der ersten
und der zweiten Steuerkammer die Bewegung der ersten und der zweiten
Ventilnadel weg von ihrem jeweiligen Sitz steuert, um die Abgabe
von Kraftstoff aus der ersten und/oder der zweiten Auslassöffnung zu
ermöglichen.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein alternatives
Kraftstoffeinspritzventil bereitzustellen, bei dem die Kraftstoffeinspritzeigenschaften
während
des Betriebs verändert
werden können und
das wenigstens einige der Nachteile bekannter Kraftstoffeinspritzventile
mit dieser Fähigkeit
vermindert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzventil bereitgestellt, das
umfasst: einen Düsenkörper mit
einer darin ausgebildeten Bohrung, eine erste und eine zweite Ventilnadel,
wobei die erste Ventilnadel an einem ersten Sitz zur Anlage gelangen
kann, um die Einspritzung von Kraftstoff aus einer im Düsenkörper vorhandenen
ersten Auslassöffnung
zu steuern, und die zweite Ventilnadel an einem zweiten Sitz zur
Anlage gelangen kann, um die Einspritzung von Kraftstoff aus einer
im Düsenkörper vorhandenen
zweiten Auslassöffnung
zu steuern, und wobei beide Ventilnadeln gleitend bewegbar und seitlich
nebeneinander in der Bohrung angeordnet sind, und eine erste und
eine zweite Steuerkammer für
Kraftstoff, wobei die Steuerung des Kraftstoffdrucks in der ersten
und der zweiten Steuerkammer die Bewegung der ersten und der zweiten
Ventilnadel weg von ihrem jeweiligen Sitz steuert, um die Abgabe
von Kraftstoff aus der ersten und/oder der zweiten Auslassöffnung zu
ermöglichen,
wobei die erste Steuerkammer so ausgeführt ist, dass der Kraftstoffdruck
in der ersten Steuerkammer dazu dient, die erste Ventilnadel in
Richtung des ersten Sitzes zu drücken,
und dazu, die zweite Ventilnadel weg von dem zweiten Sitz zu drücken.
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Da
die Einspritzung von Kraftstoff erfolgt, wenn die Ventilnadeln nach
innen bewegt werden, stellt das Kraftstoffeinspritzventil den Vorteil
bereit, dass eine Leckage während
unerwünschter
Phasen des Kraftstoffeinspritzzyklus im Wesentlichen vermieden wird.
Des Weiteren wird im Vergleich zu Kraftstoffeinspritzventilen des
sich nach außen öffnenden
Typs eine verbesserte Kraftstoffeinspritzung erreicht. Durch Steuern
des Kraftstoffdrucks in der ersten und der zweiten Steuerkammer,
um so eine oder beide der Ventilnadeln weg von ihren jeweiligen Sitzen
zu bewegen, können
die Kraftstoffeinspritzrate oder andere Kraftstoffeinspritzeigenschaften
während
des Betriebs variiert werden.
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Die
erste und die zweite Ventilnadel können bevorzugt im Wesentlichen
parallel zueinander im Düsenkörper angeordnet
werden.
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Es
ist ebenfalls bevorzugt, dass die erste Steuerkammer die Gestalt
eines einzelnen Volumens aufweist, das sich in Kontakt mit beiden
Ventilnadeln befindet.
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Zweckmäßigerweise
kann die zweite Steuerkammer so ausgeführt sein, dass der Kraftstoffdruck in
der zweiten Steuerkammer dazu dient, die erste und die zweite Ventilnadel
gegen ihre jeweiligen Sitze vorzuspannen.
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Während des
Betriebs kann der Kraftstoffdruck in der ersten und der zweiten
Steuerkammer so gesteuert werden, dass, wenn der Kraftstoffdruck
in der ersten Steuerkammer auf einem hohen Niveau gehalten wird
und der Druck in der zweiten Steuerkammer auf einen gewählten niedrigen
Druck verringert wird, sich nur die zweite Ventilnadel von ihrem Sitz
weg bewegt. Alternativ bewegt sich, wenn der Kraftstoffdruck in
der ersten Kammer auf ein niedriges Niveau verringert wird, bevor
der Druck in der zweiten Steuerkammer auf das gewählte niedrige
Niveau verringert wird, nur die erste Ventilnadel von ihrem Sitz
weg. Bei sämtlichen
dieser Bedingungen kann eine Modifikation des Kraftstoffdrucks in
der ersten Steuerkammer dazu führen,
dass beide Ventilnadeln abgehobene Stellungen einnehmen.
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Es
versteht sich, dass der Druck in der ersten Steuerkammer dazu verwendet
wird, auszuwählen, welche
der Nadeln bewegt wird, und der Druck in der zweiten Steuerkammer
dazu, den zeitlichen Ablauf des Beginns und des Abschlusses der
Einspritzung zu steuern.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil kann so ausgeführt sein, dass während des
Betriebs, wenn sich der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer
auf einem relativ hohen Niveau befindet und sich der Kraftstoffdruck
in der zweiten Steuerkammer auf einem weiteren relativ hohen Niveau
befindet, die erste und die zweite Ventilnadel gegen ihre jeweiligen
Sitze vorgespannt werden, so dass Kraftstoff weder durch die erste
noch durch die zweite Auslassöffnung
fließt.
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Darüber hinaus
kann das Kraftstoffeinspritzventil so ausgeführt sein, dass während des
Betriebs, wenn sich der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer
auf einem relativ hohen Niveau befindet und der Kraftstoffdruck
in der zweiten Steuerkammer von einem weiteren relativ hohen Niveau
auf ein weiteres relativ niedriges Niveau verringert wird, sich
nur die zweite Ventilnadel von ihrem Sitz weg bewegt, damit Kraftstoff
nur durch die zweite Auslassöffnung
fließen kann.
Wenn das Kraftstoffeinspritzventil auf diese Art und Weise ausgeführt ist,
kann das Kraftstoffeinspritzventil zusätzlich dazu so ausgeführt sein,
dass während
des Betriebs, wenn die zweite Ventilnadel von dem zweiten Sitz abgehoben
ist, während
sich der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer auf dem relativ
hohen Niveau befindet, eine Verringerung des Kraftstoffdrucks in
der ersten Steuerkammer von dem relativ hohen Niveau auf ein relativ
niedriges Niveau bewirkt, dass sich auch die erste Ventilnadel von
dem ersten Sitz weg bewegt.
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Alternativ
oder zusätzlich
dazu kann das Kraftstoffeinspritzventil so ausgeführt sein,
dass während
des Betriebs, wenn der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer
von einem relativ hohen Niveau auf ein relativ niedriges Niveau
verringert wird und der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer anschließend von
einem weiteren relativ hohen Niveau auf ein weiteres relative niedriges
Niveau verringert wird, sich nur die erste Ventilnadel von ihrem Sitz
weg bewegt. Wenn das Kraftstoffeinspritzventil auf diese Art und
Weise ausgeführt
ist, kann es zusätzlich
dazu so ausgeführt
sein, dass während
des Betriebs im Anschluss an eine Verringerung des Kraftstoffdrucks
in der ersten Steuerkammer auf das relativ niedrige Niveau und die
Verringerung des Kraftstoffdrucks in der zweiten Steuerkammer auf das
weitere relativ niedrige Niveau ein Anstieg des Kraftstoffdrucks
in der ersten Steuerkammer auf das relativ hohe Niveau bewirkt,
dass sich die zweite Ventilnadel von dem zweiten Sitz weg bewegt.
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Die
erste und die zweite Ventilnadel können zur Gleitbewegung mittels
einer ersten bzw. einer zweiten im Düsenkörper vorhandenen Bohrung geführt werden,
wobei die erste und die zweite Bohrung seitlich nebeneinander angeordnet
sind und Durchflusswege für
Kraftstoff in Richtung der ersten und der zweiten Auslassöffnung begrenzen,
wobei die erste und die zweite Ventilnadel bei ihrer Gleitbewegung
in der ersten bzw. der zweiten unteren Bohrung geführt werden.
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Alternativ
kann die Gleitbewegung der ersten und der zweiten Ventilnadel nicht
geführt
sein. Dies stellt den Vorteil bereit, dass der Düsenkörper mit einer höheren Wanddicke
ausgeführt
werden kann, damit Kraftstoff mit höherem Druck an die Bohrung
abgegeben werden kann.
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Der
Düsenkörper kann
ein einheitliches Bauteil sein oder einen mit einer Öffnung versehenen oberen
Düsenkörperteil
und einen unteren Düsenkörperteil
umfassen, der mit einer ersten und einer zweiten Sackbohrung ausgestattet
ist, die nebeneinander angeordnet sind, wobei der untere Düsenkörperteil
in der Öffnung
des ersten Düsenkörperteils aufgenommen
ist, um ein offenes Ende desselben zu verschließen, wobei die erste und die
zweite Sackbohrung jeweils eine der beiden Ventilnadeln, die erste
bzw. die zweite, aufnimmt und den ersten bzw. den zweiten Sitz bildet.
Die Bereitstellung eines Düsenkörpers mit
einem oberen und einem unteren Teil sieht einen Herstellungsvorteil
vor.
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Zweckmäßigerweise
begrenzt der Düsenkörper eine
Abgabekammer für
Kraftstoff. Die ersten und die zweite Auslassöffnung können derart im Düsenkörper vorgesehen
sein, dass eine Abgabe von Kraftstoff durch die erste und/oder die
zweite Auslassöffnung
stattfindet, wenn sich die erste und/oder die zweite Ventilnadel
von ihrem jeweiligen Sitz weg bewegt. Alternativ können die
erste und die zweite Auslassöffnung
so im Düsenkörper vorgesehen
sein, dass die erste und die zweite Auslassöffnung mit einem ersten bzw.
einem zweiten Sackbereich in Verbindung stehen, die sich stromabwärts von
dem ersten bzw. dem zweiten Sitz und stromaufwärts von den jeweiligen Auslassöffnungen
befinden, so dass die Abgabe von Kraftstoff durch die erste und/oder die
zweite Auslassöffnung
erfolgt, wenn die erste und/oder die zweite Ventilnadel von ihrem
Sitz abgehoben ist und Kraftstoff von der Abgabekammer zu dem jeweiligen
Sackbereich fließt.
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Die
Erfindung wird nun rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben. Es zeigt/zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils,
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2 eine
Schnittansicht des Kraftstoffeinspritzventils gemäß 1 entlang
der Linie X-X,
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3 und 4 vergrößerte Ansichten
des unteren Teils des Kraftstoffeinspritzventils gemäß 1,
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5 eine
vergrößerte Ansicht
der Schnittansicht des Kraftstoffeinspritzventils gemäß 2,
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6 eine
Schnittansicht eines Teils des Kraftstoffeinspritzventils gemäß den 1–5, die
eine der Ventilnadeln in einer Stellung zeigt, in der kein Kraftstoff
eingespritzt wird,
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7 eine
Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils,
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8 eine
Schnittansicht der Ausführungsform
gemäß 7 entlang
der Linie Y-Y,
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9 eine
Schnittansicht eines Teils einer weiteren alternativen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils,
und
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10 eine
räumliche
Ansicht des Düsenkörpers, der
einen Teil des Kraftstoffeinspritzventils gemäß den 1–6 bildet.
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Bezug
nehmend auf die 1 bis 4 umfasst
das Kraftstoffeinspritzventil einen Düsenkörper 10, der mit einer
Bohrung 11 und einer ersten und einer zweiten Ventilnadel
ausgestattet ist, die allgemein mit 12 bzw. 13 bezeichnet
sind. Die erste und die zweite Ventilnadel 12, 13 sind
seitlich nebeneinander in der Bohrung 11 angeordnet und
gleitend in der Bohrung 11 bewegbar. Die Ventilnadel 12 umfasst
einen oberen Bereich 12a, einen Bereich verringerten Durchmessers 12b,
einen Zwischenbereich 12c und einen unteren Bereich verringerten
Durchmessers 12d. Ebenso umfasst die Ventilnadel 13 einen
oberen Bereich 13a, einen Bereich verringerten Durchmessers 13b,
einen Zwischenbereich 13c und einen unteren Bereich verringerten
Durchmessers 13d. Die Ventilnadel 13 umfasst außerdem einen
vergrößerten oberen
Endbereich 13e.
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Die
Bohrung 11 ist ein Sackloch, dessen geschlossenes Ende
mit einer ersten und einer zweiten Bohrung 16, 18 versehen
ist, die parallel zueinander angeordnet sind und sich durch einen
Düsenkörperabschnitt 10c erstrecken.
Die Bohrungen 16, 18 umfassen Zwischenbereiche
vergrößerten Durchmessers,
die ineinander münden
und dadurch eine Kammer 20 bilden, und geschlossene Endbereiche,
die eine erste und eine zweite Sitzfläche 22, 28 von
kegelstumpfförmiger
Gestalt begrenzen. Die Blindbohrung 11 begrenzt eine Abgabekammer 14 für Kraftstoff,
die durch die oberen Abschnitte der Bohrungen 16, 18 mit
der Kammer 20 in Verbindung steht. Ein Kopfabschnitt 24 der
Ventilnadel 12 kann an der ersten Sitzfläche 22 zur
Anlage kommen, um den Kraftstofffluss durch einen ersten Satz im
Düsenkörper 10 vorhandener
Auslassöffnungen 26 zu
steuern. Ein Kopfabschnitt 30 der Ventilnadel 13 kann
an der zweiten Sitzfläche 28 zur
Anlage kommen, um den Kraftstofffluss durch einen zweiten Satz im
Düsenkörper 10 vorhandener
Auslassöffnungen 32 zu
steuern. Während
des Betriebs steuert eine nach innen gerichtete Bewegung der Ventilnadel 12 weg
von der ersten Sitzfläche 22 den
Kraftstofffluss durch den ersten Satz Auslassöffnungen 26 und eine
nach innen gerichtete Bewegung der Ventilnadel 13 weg von der
zweiten Sitzfläche 28 den
Kraftstofffluss durch den zweiten Satz Auslassöffnungen 32.
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Die
Durchmesser der oberen Abschnitte der Bohrungen 16, 18 entsprechen
im Wesentlichen den Außenflächendurchmessern
der Ventilnadelzwischenbereiche 12c bzw. 13c,
so dass die Bohrungen 16, 18 dazu dienen, die
Gleitbewegung der Ventilnadelbereiche 12c bzw. 13c in
den Bohrungen 16, 18 zu führen. Die Ventilnadelbereiche 12c, 13c sind
mit Abflachungen, Schlitzen oder Nuten 15 (wie in 4 gezeigt)
versehen, damit Kraftstoff aus der Abgabekammer 14 in die
Kammer 20 fließen
kann.
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An
dem vom ersten und zweiten Satz Auslassöffnungen 26, 28 entfernten
Ende des Düsenkörpers 10 liegt
der Düsenkörper 10 an
einen Abstandhalter 34 an, der einen vorspringenden Bereich 34a umfasst,
der sich in das obere Ende der Bohrung 11 erstreckt. Der
Abstandhalter 34 ist mit einer ersten und einer zweiten
Durchgangsbohrung 36, 38 versehen, die sich durch
den vorspringenden Bereich 34a des Abstandhalters 34 erstrecken,
wobei die Bohrungen 36, 38 im Wesentlichen koaxial
mit den im Düsenkörperabschnitt 10c vorhandenen
Bohrungen 16 bzw. 18 sind. Die Durchmesser der
Bohrungen 36, 38 und die Durchmesser der angrenzenden
Abschnitte der Ventilnadelbereiche 12a bzw. 13a sind
so gewählt,
dass sichergestellt ist, dass eine Bewegung der Ventilnadeln 12, 13 durch
die Bohrungen 36, 38 bzw. die Zwischenbohrungen 16, 18 während und nach
der Montage nicht durch eine geringfügige Fehlausrichtung der Bohrungen 16, 18 behindert wird.
Zur Minimierung einer solchen Fehlausrichtung können Dübel auf herkömmliche
Weise verwendet werden.
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Die
erste Bohrung 36 umfasst einen Bereich vergrößerten Durchmessers 36a,
der mit einem Bereich vergrößerten Durchmessers 38a der
zweiten Bohrung 38 in Verbindung steht, wobei die Bereiche vergrößerten Durchmessers 36a, 38a zusammen eine
erste Steuerkammer 40 begrenzen. Die Bohrung 36 und
der angrenzende Teil des Ventilnadelbereichs 12a sowie
die Bohrung 38 und der angrenzende Teil des Ventilnadelbereichs 13a begrenzen
zusammen einen schmalen Zwischenraum für Kraftstoff, der es dem Kraftstoff
in der Abgabekammer 14 ermöglicht, mit einer niedrigen
Geschwindigkeit in die erste Steuerkammer 40 zu fließen. Die
Bohrung 36 begrenzt außerdem
eine Federkammer 42, in der eine Druckfeder 44 aufgenommen
ist, die an einem Ende an der obersten Stirnfläche der Ventilnadel 12 anliegt.
Die Druckfeder 44 dient dazu, die Ventilnadel 12 gegen
die erste Sitzfläche 22 vorzuspannen, wenn
sich das Einspritzventil nicht im Betrieb befindet. Das von der
Ventilnadel 12 entfernte Ende der Druckfeder 44 liegt
an einem Kolbenelement 46 an, das in einem Bereich 36b der
Bohrung 36 gleitend bewegbar ist, wobei das Kolbenelement 46 ein
an seinem von der Feder 44 entfernten Ende bereitgestelltes
Anschlagelement 48 aufweist. Die Bohrung 38 begrenzt
ebenfalls eine Federkammer 50, in der eine zweite Druckfeder 52 aufgenommen
ist. Die Federkammer 50 steht durch eine Bohrung (nicht
gezeigt) mit einem Niederdruckablass in Verbindung. Die Feder 52 liegt
an der obersten Stirnfläche
des Ventilbereichs vergrößerten Durchmessers 13e an und
dient dazu, die Ventilnadel 13 gegen den zweiten Sitz 28 vorzuspannen,
wenn sich das Einspritzventil nicht im Betrieb befindet. Das von
der Ventilnadel 13 entfernte Ende der Feder 52 liegt
an einem zweiten Kolbenelement 54 an, das in einem Bereich
vergrößerten Durchmessers 38b der
Bohrung 38 gleitend bewegbar ist, wobei das Kolbenelement 54 ein
Anschlagelement 56 umfasst.
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Der
Durchmesser der ersten Bohrung 36 ist so gewählt, dass
er größer als
der Durchmesser der ersten Sitzfläche 22 ist. Darüber hinaus
ist der Durchmesser der zweiten Bohrung 38 so ausgeführt, dass er
größer als
der Durchmesser der zweiten Sitzfläche 28 ist. Wie am
besten aus 3 zu ersehen, ist der Durchmesser
des vergrößerten Bereichs 38b,
in dem das Kolbenelement 54 gleitend bewegbar ist, größer als
der Durchmesser des Bereichs 36b der Bohrung 36,
in dem das Kolbenelement 46 gleitend bewegbar ist. Die
Bereiche 36b, 38b weisen Durchmesser auf, die
größer als
diejenigen der untersten Abschnitte der Bohrungen 36 bzw. 38 sind.
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Die
Ventilnadel 13 ist mit einer ersten Druckfläche 58 versehen,
die zwischen dem Bereich vergrößerten Durchmessers 13e und
dem Ventilnadelbereich 13a gebildet ist, wobei die erste
Druckfläche 58 dem
Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 40 ausgesetzt
ist. Die Ventilnadel 13 ist außerdem mit einer zweiten Druckfläche 60 versehen,
die zwischen dem Ventilnadelbereich 13a und dem Bereich verringerten
Durchmessers 13b gebildet ist, wobei die Druckfläche 60 daher
dem Kraftstoffdruck in der Abgabekammer 14 und der Kammer 20 ausgesetzt ist.
Die Ventilnadel 12 ist ebenfalls mit einer Druckfläche 62 ausgestattet,
die zwischen dem Ventilnadelbereich 12a und dem Bereich
verringerten Durchmessers 12b gebildet ist, wobei die Druckfläche 62 ebenfalls
dem Kraftstoffdruck in der Abgabekammer 14 und der Kammer 20 ausgesetzt
ist. Obgleich diese Teile der Nadeln als Druckflächen bezeichnet sind, versteht
es sich, dass sämtliche
in geeigneter Weise abgewinkelten Oberflächen der Nadeln während des Betriebs
als Druckflächen
wirken.
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An
dem vom Düsenkörper entfernten
Ende des Abstandhalters 34 stehen die Durchgangsbohrungen 36, 38 miteinander
in Verbindung und begrenzen zusammen mit einem Plattenelement 64 und
den oberen Stirnflächen
der Kolbenelemente 46, 54 eine zweite Steuerkammer 66 für Kraftstoff.
Die Anschlagelemente 48, 56 der Kolbenelemente 46 bzw. 54 und
das Plattenelement 64 begrenzen zusammen Zwischenraumspalte
in der zweiten Steuerkammer, die dazu dienen, das Ausmaß der Aufwärtsbewegung
der Ventilnadeln 12, 13 in der dargestellten Stellung
zu begrenzen.
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Wie
in 2 gezeigt, ist der Abstandhalter 34 mit
einer ersten Bohrung versehen, die einen Zufuhrkanal 70 für Kraftstoff
begrenzt, wobei der Zufuhrkanal 70 mit einer Quelle für unter
hohem Druck stehenden Kraftstoff (nicht gezeigt) in Verbindung steht,
z.B. einer gemeinsamen Kraftstoffleitung (common rail) eines Common-Rail-Kraftstoffsystems,
wobei die gemeinsame Kraftstoffleitung dafür ausgelegt ist, durch eine
geeignete Hochdruck-Kraftstoffpumpe auf einen angemessen hohen Druck
beaufschlagt zu werden, so dass der Abgabekammer 14 unter
hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt werden kann. Der Zufuhrkanal 70 steht
durch eine im Plattenelement 64 vorgesehene Bohrung 72 und
in den Gehäuseteilen 82, 84, 86 bzw. 88 vorgesehene
Bohrungen 74, 76, 78, 80 mit
der Quelle für
unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in Verbindung. Der Zufuhrkanal 70 steht
durch eine im Abstandhalter 34 vorgesehene, wahlweise verengte
Bohrung 90 mit der Abgabekammer 14 in Verbindung,
wobei die Bohrung 90 dazu dient, die Kraftstoffdurchflussrate
vom Zufuhrkanal 70 in die Abgabekammer 14 zu begrenzen.
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Der
Abstandhalter 34 ist mit einer weiteren Bohrung 92 versehen,
die mit der ersten Steuerkammer 40 in Verbindung steht,
wobei die Bohrung 92 über
eine im Plattenelement 64 vorgesehene Bohrung 94 und
andere Bohrungen (nicht gezeigt) mit einer ersten Steuerventilanordnung
in Verbindung steht, die allgemein mit 96 bezeichnet und
in den Gehäuseteilen 86, 88 angeordnet
ist. Die erste Steuerventilanordnung 96 umfasst ein erstes
Ventilelement 98, das in einer im Gehäuseteil 86 vorhandenen
Bohrung 100 gleitend bewegbar ist und an einem ersten Ventilsitz
zur Anlage gelangen kann, um den Kraftstofffluss zu einem Niederdruckkraftstoffbehälter (nicht
gezeigt) zu steuern. Während
des Betriebs kann, wenn das Ventilelement 98 von seinem
Ventilsitz weg bewegt ist, Kraftstoff aus der ersten Steuerkammer 40 über die
Bohrungen durch einen im Gehäuseteil 86 vorhandenen
Kanal 102, am Ventilsitz vorbei zum Niederdruckkraftstoffbehälter fließen. Die Bewegung
des Ventilelements 98 kann mittels eines elektromagnetischen
Aktuators 104 oder eines anderen geeigneten Aktuators auf
herkömmliche
Weise gesteuert werden. Die im Plattenelement 64 vorhandene
Bohrung 94 weist geeignete Abmessungen auf, um die Kraftstoffdurchflussrate
von der ersten Steuerkammer 40 zum Niederdruckkraftstoffbehälter zu begrenzen,
wenn das Ventilelement 98 von seinem Ventilsitz weg bewegt
ist. Daher ermöglicht
es die erste Steuerventilanordnung 96, den Kraftstoffdruck in
der ersten Steuerkammer 40 während des Betriebs auf kontrollierte
Weise zu variieren.
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Der
Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 66 wird mittels
einer zweiten Steuerventilanordnung 108 gesteuert, die
ein zweites Ventilelement 110 umfasst. Das zweite Ventilelement 110 ist
in einer im Gehäuseteil 82 vorhandenen
Bohrung 112 gleitend bewegbar und kann an einem zweiten
Ventilsitz zur Anlage gelangen, um den Kraftstofffluss von der zweiten
Steuerkammer 66 zu einem Niederdruckkraftstoffbehälter (nicht
gezeigt) zu steuern. Dies kann beispielsweise derselbe Niederdruckkraftstoffbehälter sein,
mit dem auch die erste Steuerkammer 40 in Verbindung steht.
Wenn das zweite Ventilelement 110 von seinem Ventilsitz
weg bewegt ist, fließt
Kraftstoff von der zweiten Steuerkammer 66 über die
Bohrungen 106, 107, 114 zum Niederdruckkraftstoffbehälter (nicht
gezeigt). Die Bewegung des zweiten Ventilelements 110 weg
von seinem Sitz wird mittels eines elektromagnetischen Aktuators 118 oder
eines beliebigen anderen geeigneten Aktuators auf herkömmliche
Weise gesteuert. Wenn das zweite Ventilelement 110 von
seinem Sitz weg bewegt ist, kann der Kraftstoff aus der zweiten
Steuerkammer 66 an dem zweiten Ventilsitz vorbei zum Niederdruckkraftstoffbehälter fließen. Daher
ermöglicht
es die zweite Steuerventilanordnung 108, den Kraftstoffdruck
in der zweiten Steuerkammer 66 während des Betriebs zu variieren.
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Es
wird nun der Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils während verschiedener
Phasen des Kraftstoffeinspritzzyklus beschrieben. Während des Betriebs
wird, wenn der Abgabekammer 14 über den Zufuhrkanal 70 und
den verengten Kanal 90 unter hohem Druck stehender Kraftstoff
zugeführt
wird und wenn sowohl die erste als auch die zweite Steuerventilanordnung 96, 108 geschlossen
sind, der zweiten Steuerkammer 66 über die Bohrung 116 und
der ersten Steuerkammer 40 über Leckage durch die zwischen
den Bohrungen 36, 38 und den angrenzenden Abschnitten
der Ventilnadelbereiche 12a bzw. 13a gebildeten
schmalen Zwischenräume
unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt. Da die erste und die zweite
Steuerventilanordnung 96, 108 geschlossen sind,
kann der in der ersten und der zweiten Steuerkammer 40, 66 befindliche
Kraftstoff nicht zu Niederdruck entweichen.
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Die
Wirkfläche
des dem Kraftstoff in der zweiten Steuerkammer 66 ausgesetzten
Kolbenelements 54 ist größer als die kombinierte Wirkfläche der
an der Ventilnadel 13 vorhandenen Druckfläche 58,
die dem Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 40 ausgesetzt
ist, und der an der Ventilnadel 13 vorhandenen Druckfläche 60,
die dem Kraftstoff in der Abgabekammer 14 ausgesetzt ist,
und anderer Oberflächen
der Nadel 13. Daher ist der Kraftstoffdruck in der zweiten
Steuerkammer 66 ausreichend, um die Ventilnadel 13 gegen
die zweite Sitzfläche 28 vorzuspannen,
wobei die auf das Kolbenelement 54 wirkende Last direkt
auf die Ventilnadel 13 übertragen wird.
Darüber
hinaus ist die aus der Anwendung von unter Druck stehendem Kraftstoff
auf die Stirnfläche des
Ventilnadelbereichs 12a resultierende Kraft zusammen mit
der aus der Anwendung von unter Druck stehendem Kraftstoff auf den
dem Kraftstoff in der zweiten Steuerkammer 66 ausgesetzten
Teil des Kolbenelements 46 resultierenden Kraft größer als
die aus der Anwendung von unter Druck stehendem Kraftstoff auf die
an der Ventilnadel 12 vorhandenen Druckfläche 62 resultierende
Kraft. Daher dient der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 40 dazu, die
Ventilnadel 12 gegen die ersten Sitzfläche 22 vorzuspannen.
Während
dieser Betriebsphase kann, wenn sowohl die Ventilnadel 12 als
auch die Ventilnadel 13 an ihren jeweiligen Sitzflächen 22, 28 aufliegen
und die Kopfabschnitte 24, 30 den ersten und den
zweiten Satz Auslassöffnungen 26, 32 abdecken,
kein Kraftstoff an den Sitzflächen 22, 28 vorbei und
durch die ersten und zweiten Auslassöffnungen 26, 32 hinaus
in den Motorzylinder hinein fließen. Daher findet keine Einspritzung
von Kraftstoff statt. 6 zeigt die Ventilnadel 12 während dieser
Betriebsphase, wenn der Kopfabschnitt 24 der Ventilnadel 12 die
ersten Auslassöffnungen 26 abdeckt.
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Wenn
es erwünscht
ist, die Einspritzung von Kraftstoff durch den zweiten Satz Auslassöffnungen 32 zu
beginnen, wird die zweite Steuerventilanordnung 108 betätigt, so
dass sich das zweite Ventilelement 110 von seinem Ventilsitz
weg bewegt, damit Kraftstoff aus der zweiten Steuerkammer 66 durch die
Bohrung 106 und die Bohrung 114 zu Niederdruck
fließen
kann. Der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer verringert
sich daher auf ein relativ niedriges Niveau, wobei die auf den Kraftstoffdruck
in der ersten Steuerkammer 40 zurückzuführende, auf die Druckfläche 58 wirkende
Aufwärtskraft
zusammen mit der auf den Kraftstoffdruck in der Abgabekammer 14 zurückzuführenden,
auf die Druckfläche 60 wirkenden
Kraft dann ausreicht, um die auf den Kraftstoff in der zweiten Steuerkammer 66 zurückzuführende Kraft
zu überwinden.
Daher bewegt sich die Ventilnadel 13 nach innen und der
Kopfabschnitt 30 der Ventilnadel 13 wird von der
zweiten Sitzfläche 28 abgehoben,
um den zweiten Satz Auslassöffnungen 32 freizulegen.
Der aus der Abgabekammer 14 zugeführte, in der Kammer 20 befindliche
Kraftstoff kann daher an der zweiten Sitzfläche 28 vorbei und
durch den zweiten Satz Auslassöffnungen 32 hinaus
fließen.
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Während dieser
Betriebsphase wird die Steuerventilanordnung 96 in ihrer
Schließstellung
gehalten, so dass in der ersten Steuerkammer 40 befindlicher
Kraftstoff nicht zu Niederdruck fließen kann, wodurch sichergestellt
wird, dass die Abgabe von Kraftstoff nur durch den zweiten Satz
Auslassöffnungen
erfolgt. Daher bleibt, obgleich sich das erste Kolbenelement 46 infolge
des verringerten Kraftstoffdrucks in der zweiten Steuerkammer 66 geringfügig nach
oben bewegt, der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 40 auf
einem relativ hohen Niveau und die Ventilnadel 12 bleibt
nach unten gegen die erste Sitzfläche 22 vorgespannt.
In der Kammer 20 befindlicher Kraftstoff kann daher nicht
an der ersten Sitzfläche 22 vorbei
und durch den ersten Satz Auslassöffnungen 26 hinaus
fließen.
Daher findet während
dieser Betriebsphase die Einspritzung von Kraftstoff ausschließlich durch
den zweiten Satz Auslassöffnungen 32 statt.
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Typischerweise
kann die Bohrung 38 einen Durchmesser von 1,9 mm, die zweite
Sitzfläche 28 einen
Durchmesser von 1,5 mm, der Bohrungsbereich 11e einen Durchmesser
von 2,2 mm, der Bohrungsbereich 38b einen Durchmesser von
2,5 mm, die Bohrung 36 einen Durchmesser von 1,9 mm, die erste
Sitzfläche 22 einen
Durchmesser von 1,5 mm und die Bohrung 36b einen Durchmesser
von 2,0 mm haben. Bei einem Kraftstoffeinspritzventil mit diesen Abmessungen
und einem Kraftstoffdruck in der Abgabekammer 14 und der
ersten Steuerkammer 40 von 200 MPa, bewegt sich die Ventilnadel 13 nach oben,
wenn der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 66 für einen
Zylinderdruck von 10 MPa auf ungefähr 85 MPa gesenkt wird.
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Zum
Beenden der Einspritzung von Kraftstoff wird die zweite Steuerventilanordnung 108 deaktiviert,
so dass das Ventilelement 110 in seine Sitzstellung zurückkehrt,
um die Verbindung zwischen der zweiten Steuerkammer 66 und
dem Niederdruckkraftstoffbehälter
zu schließen.
Wenn unter hohem Druck stehender Kraftstoff über die Bohrung 116 der zweiten
Steuerkammer 66 zugeführt
wird, wird dadurch unter hohem Druck stehender Kraftstoff wieder in
die zweite Steuerkammer 66 eingebracht. Der Kraftstoffdruck
in der zweiten Steuerkammer 66 wirkt auf das zweite Kolbenelement 54,
was dazu dient, das Kolbenelement 54 nach unten gegen die
Wirkung der Kraft vorzuspannen, die infolge des Kraftstoffdrucks
in der ersten Steuerkammer 40 bzw. der Abgabekammer 14 auf
die Druckflächen 58, 60 und den
Kopfabschnitt 30 der Ventilnadel 12 wirkt. Wenn der
Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 66 ausreicht,
um die auf die Druckflächen 58, 60 ausgeübte Aufwärtskraft
zu überwinden,
bewegt sich die Ventilnadel 13 nach unten, um den Kopfabschnitt 30 der
Ventilnadel 13 an der zweiten Sitzfläche 28 zur Anlage
zu bringen. Daher kann der in der Kammer 20 befindliche
Kraftstoff nicht mehr an der zweiten Sitzfläche 28 vorbei und
durch den vom Kopfabschnitt 30 abgedeckten zweiten Satz
Auslassöffnungen 32 hinaus
fließen
und die Einspritzung von Kraftstoff endet. Die Wirkfläche der
Druckfläche 58,
die dem Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 40 ausgesetzt ist,
und die Wirkfläche
der Stirnfläche
des Kolbenelements 54, das dem Kraftstoff in der zweiten
Steuerkammer 66 ausgesetzt ist, werden so gewählt, dass die
Ventilnadel 13 beim Schließen der zweiten Steuerventilanordnung 108 schnell
zur Anlage kommt.
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Ausgehend
von einer Stellung, in der kein Kraftstoff eingespritzt wird, wenn
beide Ventilnadeln 12, 13 an ihren jeweiligen
Sitzflächen 22, 28 aufliegen,
wird zum Einspritzen von Kraftstoff durch den ersten Satz Auslassöffnungen 26 die
erste Steuerventilanordnung 96 durch den Aktuator 104 betätigt, um
das erste Ventilelement 98 von seinem Ventilsitz weg zu
bewegen. In der ersten Steuerkammer 40 befindlicher Kraftstoff
kann daher durch die verschiedenen Bohrungen zum Niederdruckkraftstoffbehälter fließen und
der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 40 wird
auf ein relativ niedriges Niveau verringert. Das Kolbenelement 46 wird
in Kontakt mit der Ventilnadel 12 vorgespannt und der Kraftstoffdruck
in der zweiten Steuerkammer 66 kann die Ventilnadel 12 gegen
die Kraft geschlossen halten, die infolge des Kraftstoffdrucks auf
die Druckfläche 62 wirkt.
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Nach
der Verringerung des Kraftstoffdrucks in der ersten Steuerkammer 40 wird
die zweite Steuerventilanordnung 108 betätigt, so
dass das zweite Ventilelement 110 von seinem Ventilsitz
weg bewegt wird, damit in der zweiten Steuerkammer 66 befindlicher
Kraftstoff über
die Bohrungen 107, 106, 114 an dem Ventilsitz
vorbei zum Niederdruckkraftstoffbehälter fließen kann. Somit wird der Kraftstoffdruck
in der zweiten Steuerkammer 66 ebenfalls verringert. Wenn
der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 66 verringert
wird, kann sich das Kolbenelement 46 unter der Wirkung
der Feder 42 und der auf die Druckfläche 62 ausgeübten Kraft
nach oben bewegen. Die Ventilnadel 12 bewegt sich daher
in eine Aufwärtsrichtung.
Der Kopfabschnitt 24 der Ventilnadel 12 wird daher
von der ersten Sitzfläche 22 abgehoben,
um den ersten Satz Auslassöffnungen 26 freizulegen,
so dass in der Kammer 20 befindlicher Kraftstoff an der
ersten Sitzfläche 22 vorbei
und durch den ersten Satz Auslassöffnungen 26 hinaus fließen kann.
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Zur
Sicherstellung, dass die Ventilnadel 13 während dieser
Betriebsphase an der zweiten Sitzfläche 28 liegen bleibt,
so dass die Einspritzung von Kraftstoff nur durch den ersten Satz
Auslassöffnungen 26 stattfindet,
ist das Einspritzventil so ausgeführt, dass, wenn die zweite
Steuerventilanordnung 108 betätigt wird, so dass der Kraftstoffdruck
in der zweiten Steuerkammer 66 auf ein relativ niedriges
Niveau verringert wird, der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 66 eine
Kraft auf das Kolbenelement 54 ausübt, die größer als die auf die Druckflächen 58, 60 wirkende
kombinierte Kraft ist. Es versteht sich, dass, wenn der Druck in
der ersten Steuerkammer 40 verringert wird, diese kombinierte
Kraft ebenfalls verringert wird. Daher bleibt, wenn der Kraftstoffdruck
in der zweiten Steuerkammer 66 auf ein relativ niedriges
Niveau verringert wird, die Ventilnadel 13 an der zweiten
Sitzfläche 28 liegen.
Die Bohrungen 116 und 107 haben ausreichend kleine Abmessungen,
damit der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 66 auf
einem im Wesentlichen konstanten niedrigen Druckniveau gehalten
werden kann, wenn die Steuerventilanordnung 108 zu Niederdruck
offen ist. Daher findet die Einspritzung von Kraftstoff während dieser
Betriebsphase ausschließlich durch
den ersten Satz Auslassöffnungen 26 statt. Es
versteht sich daher, dass die Betätigung der ersten Steuerventilanordnung 96 so
angesehen werden kann, dass gewählt
wird, die Einspritzung von Kraftstoff ausschließlich durch den ersten Satz
Auslassöffnungen 26 vorzunehmen.
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Bei
einem Kraftstoffeinspritzventil mit den vorstehend beschriebenen
Abmessungen ist eine Reduzierung des Kraftstoffdruckes in der zweiten Steuerkammer 66 auf
ungefähr
70 MPa ausreichend, um sicherzustellen, dass die Ventilnadel 13 nach
unten gegen ihre Sitzfläche 28 vorgespannt
bleibt. Da es die Abmessungen der Bohrungen 116, 107 sind, die
den Druck in der zweiten Steuerkammer regeln, wenn das zugeordnete
Steuerventil offen ist, versteht es sich, dass der Druckabfall,
der während
dieser Betriebsart des Einspritzventils in der zweiten Steuerkammer
stattfindet, im Wesentlichen demjenigen entspricht, wenn die Einspritzung
ausschließlich
durch den zweiten Satz Auslassöffnungen
erfolgen soll.
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Ausgehend
von der Stellung, in der die Einspritzung von Kraftstoff nur durch
den ersten Satz Auslassöffnungen 26 erfolgt,
können
sowohl die erste als auch die zweite Steuerventilanordnung 96 bzw. 108 geschlossen
sein, so dass der Kraftstoff in der ersten und der zweiten Steuerkammer 40, 66 nicht
zu Niederdruck entweichen kann. Daher bleibt die Ventilnadel 13 gegen
ihre Sitzfläche 28 vorgespannt
und die Ventilnadel 12 wird unter der Wirkung der Kraft
in ihre Sitzstellung zurückgebracht,
die infolge eines hohen Kraftstoffdrucks in der zweiten Steuerkammer 66 bzw.
der ersten Steuerkammer 40 auf das erste Kolbenelement 46 und
die Stirnfläche
des Ventilnadelbereichs 12a ausgeübt wird. Die Einspritzung von Kraftstoff
wird somit beendet.
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Das
Einspritzventil kann auch so betätigt werden,
dass, ausgehend von der Stellung, in der die Einspritzung von Kraftstoff
nur durch den zweiten Satz Auslassöffnungen 32 erfolgt,
wenn sich der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 66 auf einem
relativ niedrigen Niveau befindet, die erste Steuerventilanordnung 96 durch
den Aktuator 104 so betätigt
wird, dass der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 40 ebenfalls
auf ein niedriges Niveau verringert wird. In dieser Phase sind der
auf die Druckfläche 62 wirkende
Kraftstoffdruck in der Abgabekammer 14 und der auf die
Druckfläche 58 wirkende
reduzierte Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 40 ausreichend,
um den bereits reduzierten Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 66 zu überwinden.
Die Ventilnadel 12 bewegt sich daher nach oben, weg von
ihrer Sitzfläche 22 und
die Einspritzung von Kraftstoff erfolgt auch durch den ersten Satz
Auslassöffnungen 26.
Daher wird während
dieser Betriebsphase die Kraftstoffeinspritzrate erhöht. Die
Nettowirkfläche
der zweiten Nadel 13, die dem Kraftstoffdruck in der ersten
Steuerkammer 40 ausgesetzt ist, ist relativ klein, wobei,
sobald sie sich in ihre Offenstellung bewegt hat, die Wirkung der
Verringerung des Kraftstoffdrucks in der ersten Steuerkammer 40 nicht
ausreicht, um zu bewirken, dass diese Nadel in eine Schließstellung
zurückkehrt.
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Das
Einspritzventil kann auch so betrieben werden, dass, ausgehend von
der Stellung, in der die Einspritzung von Kraftstoff nur durch den
ersten Satz Auslassöffnungen 26 erfolgt,
eine Betätigung
der ersten Steuerventilanordnung 96 zur Erhöhung des Kraftstoffdrucks
in der ersten Steuerkammer 40 auch bewirkt, dass sich die
zweite Nadel bewegt, wodurch eine Einspritzung von Kraftstoff durch
beide Sätze Auslassöffnungen
ermöglicht
wird, wobei es die Vergrößerung der
Fläche,
die dem Kraftstoffdruck ausgesetzt ist, sobald die erste Nadel von
ihrem Sitz weg bewegt worden ist, nicht zulässt, dass die erste Nadel in
eine Schließstellung
zurückkehrt.
Es wird davon ausgegangen, dass für einen derartigen Betrieb
die Rate, mit der Kraftstoff zur ersten Steuerkammer 40 fließen kann,
möglicherweise
erhöht
werden muss, anstatt sich nur auf die Leckage zu stützen, beispielsweise
indem ein verengter Kanal zwischen dem Zufuhrkanal 70 und
der Steuerkammer 40 bereitgestellt wird.
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Zum
Beenden der Einspritzung von Kraftstoff werden die erste und die
zweite Steuerventilanordnung 96, 108 deaktiviert,
so dass die Ventilelemente 98, 110 an ihren jeweiligen
Ventilsitzen aufliegen, um zu verhindern, das unter hohem Druck
stehender Kraftstoff in der ersten und der zweiten Steuerkammer 40, 66 zu
Niederdruck entweicht. Wie vorstehend beschrieben, werden die Ventilnadel 12 und
die Ventilnadel 13 daher zu ihren jeweiligen Sitzflächen 22, 28 zurückgeführt und
die Einspritzung von Kraftstoff endet.
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Es
versteht sich, dass die relativ hohen und niedrigen Kraftstoffdruckniveaus
in der ersten und der zweiten Steuerkammer 44, 66 nicht
gleich sein können
und durch den Druck der Hochdruckkraftstoffversorgung, z.B. der
gemeinsamen Kraftstoffleitung eines Common-Rail-Kraftstoffsystems,
und die Abmessungen der Bohrungen bestimmt werden, durch die Kraftstoff
in die ersten und die zweite Steuerkammer 40, 66 fließt und aus
diesen entweicht.
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Es
versteht sich, dass, durch Ausstatten eines ersten und eines zweiten
Satzes Auslassöffnungen 26, 32 mit
einer unterschiedlichen Anzahl an Öffnungen in jedem Satz oder
mit Öffnungen
unterschiedlicher Größe oder
mit Öffnungen
mit einem unterschiedlichen Kraftstoffeinspritzöffnungswinkel, die Kraftstoffeinspritzeigenschaften
durch selektives Einspritzen von Kraftstoff durch entweder den ersten oder
den zweiten Satz Auslassöffnungen 26, 32 oder beide
Sätze erster
und zweite Auslassöffnungen
zusammen variiert werden können.
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Bezug
nehmend auf die 7 und 8 umfasst
eine alternative Ausführungsform
des Kraftstoffeinspritzventils einen Düsenkörper 120 mit einer Sackbohrung 122,
in der zwei Ventilnadeln 124, 126 gleitend bewegbar
sind. Die Ventilnadeln 124, 126 sind jeweils mit
Kopfabschnitten 128 bzw. 130 versehen, wobei das
geschlossene Ende der Bohrung 122 so ausgebildet ist, dass
es eine erste und eine zweite Sitzfläche 132 bzw. 134 begrenzt,
an denen die Kopfabschnitte 128, 130 zur Anlage
gelangen können,
um den Kraftstofffluss durch die im Düsenkörper 120 vorhandenen
ersten und zweiten Auslassöffnungen 140, 142 zu
steuern. Das geschlossene Ende der Bohrung 122 ist außerdem so
ausgebildet, dass es zwei Sackbereiche 136, 138 begrenzt,
die sich stromabwärts von
der ersten und der zweiten Sitzfläche 132 bzw. 134 befinden,
wobei der Düsenkörper 120 mit
einem ersten und einem zweiten Satz Auslassöffnungen 140, 142 ausgestattet
ist, die mit den Sackbereichen 136 bzw. 138 in
Verbindung stehen.
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Die
Bohrung 122 begrenzt eine Abgabekammer 144, der
während
des Betriebs Kraftstoff von einer Hochdruckkraftstoffquelle zugeführt wird,
wie vorstehend beschrieben. Die Ventilnadeln 124, 126 unterscheiden
sich dahingehend von den Ventilnadeln 12, 13 gemäß den 1–6,
dass sie nur an ihren obersten Enden Bereiche vergrößerten Durchmessers 124a bzw. 126a umfassen,
wobei die Durchmesser der Ventilnadeln 124, 126 zwischen
den vergrößerten Endbereichen 124a, 126a und
den Kopfabschnitten 128 bzw. 130 längs der
Länge der
Nadel im Wesentlichen gleich sind. Daher ist bei der in den 7 und 8 gezeigten
Ausführungsform
der Erfindung die Gleitbewegung der Ventilnadeln 124, 126 in
der Bohrung 122 des Düsenkörpers ungeführt.
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Die
in den 7 und 8 gezeigte Ausführungsform
der Erfindung ist einfacher herzustellen als die in den 1 bis 6 gezeigte
Ausführungsform,
da die Bohrung 122 eine vereinfachte Form aufweist. Darüber hinaus
werden, da der Düsenkörper 120 mit
einer größeren Wanddicke
ausgeformt werden kann, auf den hohen Kraftstoffdruck in der Abgabekammer 144 zurückzuführende Beanspruchungen des
Düsenkörpers 120 reduziert.
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Da
jedoch die Gleitbewegung der unteren Enden der Ventilnadeln 124, 126 ungeführt ist,
ist es bevorzugt erste und zweite Auslassöffnungen 140, 142 vorzusehen,
die mit den Sackbereichen 136, 138 in Verbindung
stehen, statt Auslassöffnungen
bereitzustellen, die freigelegt werden, wenn die Ventilnadeln von
ihren Sitzen weg bewegt werden, um eine Abgabe von Kraftstoff durch
diese hindurch zu ermöglichen.
Die Steuerung des in den 7 und 8 gezeigten
Kraftstoffeinspritzventils wird auf dieselbe Art und Weise erreicht
wie vorstehend beschrieben.
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Bezug
nehmend auf 9 umfasst eine weitere alternative
Ausführungsform
der Erfindung einen Düsenkörper 10 mit
einem oberen Teil 10a und einem unteren Teil 10b.
Der obere Teil 10a des Düsenkörpers ist mit einer Durchgangsbohrung 150 und
der untere Teil 10b des Düsenkörpers mit zwei Sackbohrungen 152, 154 versehen.
Die Durchgangsbohrung 150 umfasst einen Bereich verringerten
Durchmessers 150a an ihrem unteren, offenen Ende, wobei
der untere Teil 10b des Düsenkörpers in diesem offenen Ende
aufgenommen ist, der Außendurchmesser
des unteren Teils 10b entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser
des Bohrungsbereichs 150a, so dass der untere Teil 10b eng
in der Durchgangsbohrung 150 eingepasst ist. Die Bauart
des oberen Teils 10a des Düsenkörpers an dem vom unteren Teil 10b entfernten
Ende entspricht derjenigen, die vorstehend in Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben
wurde.
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Die
Bohrung 152 im unteren Teil 10b des Düsenkörpers umfasst
einen Bereich vergrößerten Durchmessers 152a und
einen Bereich verringerten Durchmessers 152b, der eine
erste Sitzfläche 156 von
im Wesentlichen kegelstumpfförmiger
Gestalt begrenzt, an der der Kopfabschnitt 24 der Ventilnadel 12 zur
Anlage kommen kann. Der Kopfabschnitt 24 erstreckt sich
in einen stromabwärts
von der ersten Sitzfläche 156 gelegenen
Sackbereich 158, wobei der Kopfabschnitt 24 an
der ersten Sitzfläche 156 zur Anlage
kommen kann, um den Kraftstofffluss aus einer Kammer 160 zu
steuern, die durch den Bohrungsbereich 152a und den Sackbereich 158 begrenzt
wird, wobei der Sackbereich 158 mit einem ersten Satz Auslassöffnungen 162 in
Verbindung steht, um eine Abgabe von Kraftstoff durch den ersten
Satz Auslassöffnungen 162 zu
ermöglichen, wenn
der Kopfabschnitt 24 von der ersten Sitzfläche 156 abgehoben
ist. Ebenso ist die Bohrung 154 mit einem Bereich vergrößerten Durchmessers 154a, der
eine Kammer 164 begrenzt, und einem Bereich verkleinerten
Durchmessers 154b ausgestattet, der eine zweite Sitzfläche 166 von
im Wesentlichen kegelstumpfförmiger
Gestalt bildet, an der der Kopfabschnitt 30 der Ventilnadel 13 zur
Anlage kommen kann. Der Kopfabschnitt 30 der Ventilnadel 13 erstreckt
sich in einen zweiten Sackbereich 168, der im unteren Teil 10b des
Düsenkörpers ausgebildet
ist, wobei der Sackbereich 168 mit einem zweiten Satz Auslassöffnungen 170 in
Verbindung steht, so dass, wenn der Kopfabschnitt 30 von
der zweiten Sitzfläche 166 abgehoben
ist, Kraftstoff aus der Kammer 164 in den Sackbereich 168 hinein
und durch den zweiten Satz Auslassöffnungen 170 hinaus
fließen
kann. Wie vorstehend beschrieben, sind die Ventilnadeln 12, 13 mit
Abflachungen, Schlitzen oder Nuten (nicht gezeigt) versehen, die
es während
des Betriebs ermöglichen,
dass in der Abgabekammer 14 befindlicher, unter hohem Druck
stehender Kraftstoff in die Kammern 160, 164 fließt.
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An
seinem von den Sackbereichen 158, 168 entfernten
Ende ist der untere Teil 10b des Düsenkörpers mit einem ringförmigen ausgekragten
Abschnitt 172 ausgestattet, dessen Außenfläche mit einem Sitz 174 von
im Wesentlichen kegelstumpfförmiger
Gestalt zusammenwirkt, der durch die Bohrung 150 gebildet
wird. Der Außendurchmesser
des ausgekragten Abschnitts 172 und der Durchmesser des
Sitzes 174 sind im Wesentlichen gleich, um so eine im Wesentlichen
fluiddichte Dichtung für
Kraftstoff in der Abgabekammer 14 zu bilden. Der Betrieb
dieser Ausführungsform
der Erfindung ist im Wesentlichen derselbe wie vorstehend beschrieben,
wobei die Bewegung der Ventilnadeln 12, 13 durch
Steuern des Kraftstoffdrucks in der ersten und der zweiten Steuerkammer 40, 66 gesteuert
wird, damit eine Einspritzung von Kraftstoff durch einen gewählten oder
beide Sätze
des ersten und zweiten Satzes Auslassöffnungen 162, 170 erfolgen
kann. Die in 9 gezeigte Ausführungsform
der Erfindung stellt einen Herstellungsvorteil bereit, da die Bohrung 150 durch
ihr offenes Ende ausgeformt werden kann. Da der Düsenkörper jedoch
aus zwei Teilen gebildet ist, ist der maximale Kraftstoffdruck,
der in der Abgabekammer 14 aufrechterhalten werden kann,
geringer als derjenige, der durch ein Kraftstoffeinspritzventil
mit einem integral ausgeformten Düsenkörper 10 aufrechterhalten
werden.
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10 ist
eine räumliche
Ansicht eines integral ausgeformten Düsenkörpers 10, wie in den 1 bis 6 dargestellt,
die die ersten und zweiten Auslassöffnungen 26, 32 zeigt.
Der Düsenkörper 10 kann
geschliffen und gefräst
werden, um die benötigte
Form bereitzustellen, oder könnte
alternativ unter Verwendung herkömmlicher
Techniken kaltgeformt werden.
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Es
versteht sich, dass die erste Steuerkammer 40 und die zweite
Steuerkammer 66 von unterschiedlichen Quellen mit unter
hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt werden können. Beispielsweise
kann die erste oder die zweite Steuerkammer von einer externen,
zweiten Kraftstoffleitung mit Kraftstoff versorgt werden, wie in
dem europäischen
Patent Nr. 1041272 beschrieben. Darüber hinaus versteht es sich,
dass, obgleich die Ventilnadeln und die Kolbenelemente in den begleitenden
Zeichnungen so dargestellt sind, dass sie sich axial im Kraftstoffeinspritzventil
erstrecken, jede der Ventilnadeln oder jedes der Kolbenelemente
zur Achse des Kraftstoffeinspritzventils hin geneigt sein kann,
wodurch, sofern erforderlich, Kolbenelemente mit größeren Abmessungen
verwendet werden können.
In den begleitenden Zeichnungen sind beispielsweise die Ventilnadeln 12, 13 und 124, 126 seitlich
nebeneinander und parallel zueinander in der Bohrung 11 angeordnet, die
Ventilnadeln können
jedoch für
die Zwecke der Erfindung auf jede andere Art und Weise angeordnet werden,
in der sie zueinander benachbart und nicht ineinander angeordnet
sind.
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Jede
der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung
kann so ausgestaltet werden, dass die erste Ventilnadel 12 nur
bei einer Verringerung des Kraftstoffdrucks in der ersten Steuerkammer 40 von
ihrem Sitz abgehoben wird, anstatt den Kraftstoffdruck in der ersten
Steuerkammer 40 reduzieren und im Anschluss daran eine
Verringerung des Kraftstoffdrucks in der zweiten Steuerkammer 66 vornehmen
zu müssen.
Bezug nehmend beispielsweise auf 3, kann
das Kolbenelement 46, damit das Einspritzventil so betrieben
werden kann, dass eine Bewegung der Ventilnadel 12 nur
bei einer Verringerung des Kraftstoffdrucks in der ersten Steuerkammer 40 stattfindet,
so ausgeführt
werden, dass es einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der Durchmesser
der Ventilnadel 36 ist. Es versteht sich ferner, dass jede
der Ausführungsformen
der Erfindung so betrieben werden kann, dass nur eine der Ventilnadeln
zwischen einer Einspritz- und einer Nicht-Einspritzstellung bewegt
wird. Wenn das Einspritzventil auf diese Weise betrieben werden
soll, kann der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 40 während des
gesamten Betriebs auf einem im Wesentlichen konstanten Niveau gehalten
werden. Nur der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer muss
dann variiert werden, um die Bewegung der gewählten Ventilnadel zu steuern.
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Es
versteht sich, dass eine unterschiedliche Anzahl an Auslassöffnungen,
als in den begleitenden Zeichnungen dargestellt, im Düsenkörper vorgesehen
werden kann.