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Diese
Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Verwendung
zum Liefern von Kraftstoff unter hohem Druck in einen Verbrennungsraum
einer Maschine. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einspritzeinrichtung
des Typs, der mehrere axial beabstandete Auslassöffnungen oder Reihen von Auslassöffnungen
aufweist, und ein Mittel, um die Anzahl der Öffnungen oder Reihen von Auslassöffnungen
zu steuern, durch welche Kraftstoff geliefert werden soll.
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1 veranschaulicht
einen Abschnitt einer bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung (wie
in
EP 0967382 beschrieben),
die eine äußere Ventilnadel
1 umfasst,
die zur Verschiebungsbewegung in einer Sackbohrung
2 geführt wird,
die in einem Düsenkörper
3 vorgesehen
ist. Die Bohrung
2 definiert einen Sitz, mit dem die Nadel
1 in
Eingriff gebracht werden kann, um die Kraftzufuhr zu einer ersten
Auslassöffnung
4 zu
steuern. Obwohl nur eine einzige Öffnung
4 dargestellt
ist, kann eine Reihe solcher Öffnungen vorgesehen
sein, wobei die Öffnungen
relativ zur Bohrung
2 an der gleichen axialen Position
angeordnet sind.
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Die
Nadel 1 ist mit der Sackbohrung 5 versehen, in
welcher eine innere Nadel 6 hin und her bewegt werden kann.
Das innere Ende der inneren Nadel 6 weist einen vergrößerten Durchmesser
auf und kann mit einer Stufe oder Schulter in Eingriff stehen, die
durch das innere Ende einer röhrenförmigen Hülse 7 definiert
ist, die in der Bohrung 5 angeordnet ist. Die Hülse 7 ist
so angeordnet, dass, sobald sich die äußere Nadel 1 um eine
vorbestimmte Distanz von dem Sitz weg bewegt hat, eine weitere Bewegung
auf die innere Nadel 6 übertragen
wird, um die innere Nadel 6 vom Sitz fort zu bewegen und
die Kraftstofflieferung durch eine zweite Auslassöffnung 8 oder
Gruppe solcher Öffnungen
zuzulassen. Eine geeignete Steueranordnung ist vorgesehen, um die
Distanz zu steuern, über
welche hinweg sich die äußere Nadel 1 im
Betrieb bewegt.
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Es
ist zu erkennen, dass durch geeignete Steuerung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
Kraftstoff entweder nur durch die erste Öffnung oder die ersten Öffnungen 4 oder
durch sowohl die ersten als auch die zweiten Öffnungen 4, 8 geliefert
werden kann. Es ist wünschenswert,
eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung bereitzustellen, bei der die
Einspritzvorrichtung in allen Betriebsmodi arbeitet, als ob Kraftstoff
durch eine einzige Auslassöffnung
oder Reihe von Öffnungen
geliefert würde.
In der bekannten Anordnung wird dies offensichtlich nicht erreicht,
da die Kraftstofflieferung in einem Betriebsmodus durch zwei Öffnungen
oder Gruppen von Öffnungen
erfolgt.
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Als
Hintergrund zur vorliegenden Erfindung beschreibt
US 5 540 200 ein Kraftstoffeinspritzventil für einen
Benzinmotor, in dem man die Kraftstoffsprühstrahlen von verschiedenen Öffnungen,
die in einem Düsenkörper vorgesehen
sind, zusammentreffen lässt,
um als Ergebnis eines Resonanzphänomens
die Zerstäubung
des Kraftstoffs zu bewirken.
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GB 1293088 offenbart eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die mit Durchgängen für ein langsames Durchlaufen
und mit Durchgängen
für eine
volle Ladung versehen ist. Die jeweiligen Durchgänge sind so angeordnet, dass
sich die Richtungen der Durchgänge
für eine
volle Ladung denen der Durchgänge für ein langsames
Durchlaufen nähern,
um sicherzustellen, dass der Kraftstoff, der die Durchgänge für ein langsames
Durchlaufen durchläuft,
von dem aus den Durchgängen
für eine
volle Ladung kommenden Kraftstoff eingeholt wird.
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Der
vorliegenden Erfindung gemäß wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
bereitgestellt, die in Bezug auf eine Verbrennungskammer zum Liefern
von Kraftstoff an diese montiert werden kann, wobei die Verbrennungskammer
eine Kammerwand aufweist und die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
einen Düsenkörper, eine
erste Auslassöffnung
mit einer ersten Achse, eine zweite Auslassöffnung mit einer zweiten Achse
und ein Mittel umfasst, um eine Kraftstofflieferung durch die ersten
und zweiten Auslassöffnungen zu
steuern, welches angeordnet ist, um eine Kraftstofflieferung aus
nur einer der Auslassöffnungen oder
durch beide Auslassöffnungen
gemeinsam zu ermöglichen.
Die ersten und zweiten Auslassöffnungen
sind derart ausgerichtet, dass bei einer Verwendung, wenn eine Kraftstofflieferung
durch beide Auslassöffnungen
gemeinsam ermöglicht
ist, erste und zweite Sprühformationen
entlang den jeweiligen ersten und zweiten Auslassachsen eingespritzt
werden, um sich außerhalb
der Einspritzeinrichtung an einem Schnittpunkt zu schneiden, um
zu einer kombinierten Sprühformation
zu führen,
die eine dritte Achse aufweist. Die kombinierte Sprühformation
ist im Wesentlichen äquivalent
zu einer Sprühformation,
die von einer einzelnen Auslassöffnung
mit einem größeren Durchmesser
als dem der ersten Auslassöffnung
geliefert würde.
Der Schnittpunkt befindet sich in einer Distanz von der einzelnen
Auslassöffnung
entlang der dritten Achse, die ungefähr die Hälfte der Distanz entlang der
dritten Achse zwischen der einzelnen Auslassöffnung und der Kammerwand beträgt.
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Die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung erlaubt das Variieren der Kraftstoffmassenströmung und
der Kraftstoffmomentströmung
zu einem einzigen Sprühstrahl,
indem es die Kraftstoffsprühstrahlen
aus sowohl den ersten als auch den zweiten Auslassöffnungen
mischt, wobei jede der ersten und zweiten Auslassöffnungen
normalerweise einen voll geöffneten oder
voll geschlossenen Zustand einnimmt. Dies vermeidet die unerwünschte Sprühformation,
die in anderen Konstruktionen von Düseneinspritzein richtungen mit
variabler Fläche
auftreten kann, bei denen der Umfang, um den eine Öffnung unbedeckt
ist, verwendet wird, um die Kraftstoffströmung zu jeder Kraftstoffsprühformation
zu verändern.
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Da
die Achsen der Öffnungen
so angeordnet sind, dass sie sich schneiden, treffen die Sprühstrahlen
aufeinander auf und mischen sich miteinander, um eine einzige kombinierte
Sprühformation
zu bilden, wenn Kraftstoff gleichzeitig durch beide Auslassöffnungen
geliefert wird. Die Einspritzung einer kombinierten Sprühformation
in die Verbrennungskammer der zugehörigen Maschine verbessert die Emissionen
und Verbrennungsgeräuschleistung
der Maschine. Es hat sich gezeigt, dass durch Anordnen der Achsen
auf diese Weise über
einen Maschinendrehzahl- und Lastbereich hinweg optimale Emissionsniveaus
und Verbrennungsgeräuschpegel
erreicht werden.
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Die
ersten und zweiten Öffnungen
münden auf
geeignete Weise an axial beabstandeten Positionen in eine Bohrung,
die im Düsenkörper vorgesehen ist.
Das Mittel zur Steuerung der Kraftstofflieferung durch die ersten
und zweiten Auslassöffnungen
kann eine äußere Nadel,
die in der Bohrung verschoben werden kann, um die Kraftstofflieferung
durch die erste Öffnung
zu steuern, und eine innere Nadel umfassen, die in einer Bohrung
verschoben werden kann, die in der äußeren Nadel ausgebildet ist,
um die Kraftstofflieferung durch die zweite Auslassöffnung zu
steuern. Ein Lastübertragungsmittel
kann vorgesehen sein, um die Bewegung der äußeren Nadel über eine
vorbestimmte Position hinaus auf die innere Nadel zu übertragen.
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Ein
oder mehrere zusätzliche
Paare erster und zweiter Öffnungen
können
vorgesehen sein. Weitere Öffnungen,
die zum Beispiel mit der zweiten Öffnung ausgerichtet sind, können vorgesehen
sein, wenn gewünscht.
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Die
Erfindung wird Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft
ausführlich beschrieben,
wobei:
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1 eine
Schnittansicht eines Abschnitts einer bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung
ist; und
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2 eine 1 ähnliche
Ansicht ist, die eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
und
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3 eine
Ansicht eines Endbereichs des Düsenkörpers ist,
der einen Abschnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in 2 bildet,
um die Kraftstoffsprühstrahlen
von den ersten und zweiten Öffnungen zu
zeigen, die in dem Düsenkörper ausgebildet
sind.
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Die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die in 2 teilweise
dargestellt ist, umfasst einen Düsenkörper 10 mit
einer Sackbohrung 11, die darin ausgebildet ist. Eine äußere Ventilnadel 12 kann
in der Bohrung 11 verschoben werden, wobei die Nadel 12 einen
Bereich (nicht gezeigt) aufweist, der dimensioniert ist, um die
Nadel 12 für
eine Verschiebungsbewegung in der Bohrung 11 zu führen. Die
Nadel 12 umfasst an einem Ende eine kegelstumpfförmige Fläche, die
zum Eingriff mit einer Sitzfläche 13 geformt ist,
die benachbart zu einem geschlossenen Ende der Bohrung 11 definiert
ist, um die Kommunikation zwischen einer Lieferkammer 14,
die zwischen dem Düsenkörper 10 und
der Nadel 12 definiert ist, und einer Kammer zu steuern,
die mit einer ersten Auslassöffnung 15 verbunden
ist.
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Die
Nadel 12 ist mit einer Sackbohrung 16 versehen,
in welcher eine innere Ventilnadel 17 angeordnet ist. Die
innere Ventilnadel 17 umfasst einen vergrößerten Kopf 17a,
der geformt ist, um mit einer Schulter zusammenwirken zu können, die
durch ein inneres Ende einer röhrenförmigen Hülse 18 definiert wird,
welche in der Bohrung 16 angeordnet ist, und die innere
Ventilnadel 17 relativ zur äußeren Ventilnadel 12 festhält und die
Distanz einschränkt, über welche
die innere Ventilnadel 17 sich relativ zur äußeren Ventilnadel 12 bewegen
kann. Die innere Ventilnadel 17 kann mit der Sitzfläche 13 in
Eingriff gebracht werden, um die Kraftstofflieferung zu einer zweiten
Auslassöffnung 19 zu
steuern.
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Die
erste Auslassöffnung 15 verläuft entlang einer
Achse 15a. Ähnlich
verläuft
die zweite Auslassöffnung 19 entlang
einer Achse 19a. Die ersten und zweiten Auslassöffnungen 15, 19 sind
so angeordnet und ausgerichtet, dass ihre Achsen 15a, 19a sich
außerhalb
der Einspritzeinrichtung an einem Punkt 20 schneiden.
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Bei
der Verwendung wird die Lieferkammer 14 mit Kraftstoff
aus einer geeigneten Kraftstoffquelle auf einen hohen Druck geladen,
zum Beispiel in Form einer gemeinsamen Kraftstoffleitung, die durch
eine geeignete Hochdruck-Kraftstoffpumpe auf einen geeigneten hohen
Druck geladen wird. Die Position der äußeren Ventilnadel 12 wird
mit Hilfe einer geeigneten Steueranordnung gesteuert, zum Beispiel
in Form einer piezoelektrischen Aktuatoranordnung. In der dargestellten
Position wird die äußere Ventilnadel 12 durch
die Steueranordnung in Eingriff mit der Sitzfläche 13 gezwungen.
Als Ergebnis kann kein Kraftstoff aus der Lieferkammer 14 zu
den Auslassöffnungen
strömen,
und es findet keine die Kraftstoffeinspritzung statt. Wenn die Kraftstoffeinspritzung
beginnen soll, wird der Aktuator betrieben, damit die äußere Ventilnadel 12 von
der Sitzfläche 13 weg
abgehoben werden kann. Als Ergebnis ist Kraftstoff aus der Liefer kammer 14 in
der Lage, zur ersten Auslassöffnung 15 und
durch die erste Auslassöffnung 15 zu
einem Verbrennungsraum zu strömen,
zu dem die Einspritzeinrichtung gehört. Vorausgesetzt, die Distanz,
um welche die äußere Ventilnadel 12 von
der Sitzfläche 13 abgehoben
wird, ist klein genug, damit die Schulter, die durch das innere
Ende der Hülse 18 definiert
ist, vom vergrößerten Kopf 17a der
inneren Ventilnadel 17 beabstandet bleibt, dann bleibt
die innere Ventilnadel 17 mit der Sitzfläche 13 in
Eingriff, und dadurch kann kein Kraftstoff zu der zweiten Auslassöffnung 19 strömen. Unter
diesen Bedingungen erfolgt die Kraftstoffeinspritzung nur durch
die erste Auslassöffnung 15.
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Zwischen
der inneren Ventilnadel 17 und der Hülse 18 ist ein kleiner
Zwischenraum definiert, wodurch Kraftstoff zu einer Kammer strömen kann,
die benachbart zum geschlossenen Ende der Bohrung 16 definiert
ist, wobei diese Kammer unter Druck gesetzt wird und dadurch auf
die innere Ventilnadel 17 eine Kraft aufgebracht wird,
die die innere Ventilnadel 17 in Eingriff mit der Sitzfläche 13 zwingt.
Als Ergebnis bleibt die innere Ventilnadel 17 in Eingriff
mit der Sitzfläche 13,
vorausgesetzt, die äußere Ventilnadel 12 bleibt
in einer Position, in welcher sie nur um einen kleinen Umfang von
der Sitzfläche 13 beabstandet ist.
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Wenn
eine größere Einspritzmenge
erforderlich ist, wird die äußere Ventilnadel 12 unter
der Steuerung der Aktuatoranordnung über eine Distanz bewegt, die
groß genug
ist, um zu bewirken, dass die Schulter sich in einen Eingriff mit
dem vergrößerten Kopf 17a der
inneren Ventilnadel 17 bewegt, und um zu bewirken, dass
die innere Ventilnadel 17 sich mit der äußeren Ventilnadel 12 derart
bewegt, dass beide Ventilnadeln 12, 17 von der
Sitzfläche 13 beabstandet
sind. Unter solchen Bedingungen kann Kraftstoff aus der Lieferkammer 14 sowohl
zu den ersten als auch den zweiten Auslassöffnungen 15, 19 strömen. Die
Kraftstoffströmung
durch die Auslassöffnungen 15, 19 erfolgt
in Form von Sprühstrahlen,
die sich aufgrund der Ausrichtung der Achsen der ersten und zweiten
Auslassöffnung 15, 19 am
Punkt 20 schneiden und miteinander vermischen, wobei eine einzige
Sprühformation
gebildet wird, die sich verhält,
als ob sie aus einer Auslassöffnung
erzeugt worden wäre,
deren Durchmesser oder Fläche
größer ist als
der oder die der ersten Auslassöffnung 15.
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Um
die Einspritzung zu beenden, wird die äußere Ventilnadel 12 in
die gezeigte Position zurückgebracht,
in welcher sie mit der Sitzfläche 13 in Eingriff
steht. In dieser Position kann kein Kraftstoff zu einer der Auslassöffnungen
strömen,
wodurch die Kraftstoffeinspritzung beendet wird.
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Es
ist anzumerken, dass sowohl, wenn die äußere Ventilnadel 12 um
eine kleine Distanz von der Sitzfläche 13 beabstandet
ist, als auch, wenn sie um eine relativ große Distanz von der Sitzfläche 13 beabstandet
ist, die Einspritzeinrichtung arbeitet, als ob Kraftstoff durch
eine einzelne Auslassöffnung
geliefert würde,
wobei der Kraftstoff entweder allein durch die erste Auslassöffnung 15 geliefert
wird oder die Kraftstofflieferung durch sowohl die ersten als auch die
zweiten Auslassöffnungen 15, 19 stattfindet,
wobei sie kombiniert wird, um eine einzelne Sprühformation zu bilden, die sich
verhält,
als ob sie aus einer einzigen Auslassöffnung erzeugt worden wäre. Dies gewährleistet
einen Effekt einer variablen Auslassöffnungsgröße, um eine Veränderung
der Kraftstoffeinspritzmenge und der Kraftstoffmassen- und -momentströme der resultierenden
Kraftstoffsprühstrahlen
zu ermöglichen.
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In 3 stellt
die Achse 22 die Achse der kombinierten Sprühformation
dar, die sich verhält,
als ob sie aus einer einzigen Auslassöffnung erzeugt worden wäre, wenn
Kraftstoff durch sowohl die ersten als auch die zweiten Auslassöffnungen 15, 19 geliefert
wird. Die Winkel θ1
und θ2
stellen die Winkel zwischen der Achse 22 und den jeweiligen
Achsen 15a, 19a der ersten und zweiten Auslassöffnungen 15, 19 dar.
Die Distanz D entlang der Achse 22 zwischen den ersten
und zweiten Auslassöffnungen 15, 19 und
dem Punkt 20, an dem die Kraftstoffsprühstrahlen sich schneiden, beträgt etwa
die halbe Distanz zwischen den ersten und zweiten Auslassöffnungen 15, 19 und
der Wand der Verbrennungskammer, in welche Kraftstoff eingespritzt
wird.
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Es
hat sich erwiesen, dass durch Anordnen der Achsen 15a, 19a, 22 wie
oben beschrieben über einem
Drehzahl- und Lastbereich der Maschine optimale Emissionsniveaus
und Verbrennungsgeräuschpegel
erreicht werden.
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Auch
wenn in der dargestellten Ausführungsform
nur eine einzige erste Auslassöffnung 15 und eine
einzige zweite Auslassöffnung 19 vorgesehen sind,
ist anzumerken, dass weitere Paare von Auslassöffnungen 15, 19 vorgesehen
sein können,
falls gewünscht.
Ferner können
eine oder mehrere zusätzliche
erste oder zweite Auslassöffnungen 15, 19 vorgesehen
sein, die keinen anderen Auslassöffnungen
zugeordnet sind. Folglich können
die Auslassöffnungen
der Einspritzeinrichtung so angeordnet sein, dass die Einspritzeinrichtung
eine oder mehrere kombinierte Sprühformationen liefern kann,
oder eine kombinierte Sprühformation
und eine Sprühformation aus
einer einzelnen, weiteren Auslassöffnung liefern kann, die sich
nicht mit einer Sprühformation
aus einer anderen Auslassöffnung
kombiniert.
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Es
ist anzumerken, dass die Erfindung auf Einspritzeinrichtungen mit
anderer Konstruktion als die der dargestellten angewandt werden
kann, in welcher ein geeignetes Mittel vorgesehen ist, um die Zahl
der Auslassöffnungen
zu steuern, durch welche Kraftstoff geliefert wird. Wenn Einspritz einrichtungen des
Typs mit einer äußeren Ventilnadel
und einer inneren Ventilnadel verwendet werden, ist anzumerken,
dass andere Techniken verwendet werden können, um zu bewirken, dass
sich die innere Ventilnadel bewegt als in dem beschriebenen spezifischen
Beispiel.
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Es
ist ferner anzumerken, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung keine
innere Nadel und äußere Nadel
zu umfassen braucht, sondern eine alternative Ventilnadelanordnung
aufweisen kann, die eine Kraftstofflieferung entweder durch eine
erste Auslassöffnung
(oder einen Satz erster Auslassöffnungen) allein
oder sowohl durch eine erste als auch durch eine zweite Auslassöffnung erlaubt,
um die Kombination der Kraftstoffsprühstrahlen aus jeder der ersten und
zweiten Auslassöffnungen
zu erlauben, um eine einzelne Sprühformation zu bilden, die sich
verhält, als
ob sie aus einer einzigen Auslassöffnung erzeugt worden wäre.
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Durch
geeignete Wahl der Ausrichtung der Achsen 15a, 19a der
ersten und zweiten Auslassöffnungen 15, 19 kann
sowohl dann, wenn Kraftstoff nur durch die erste Auslassöffnung 15 geliefert
wird, als auch dann, wenn Kraftstoff durch sowohl die ersten als
auch die zweiten Auslassöffnungen 15, 19 geliefert
wird, eine optimale kombinierte Sprühausrichtung erreicht werden.