DE60118167T2 - Flüssigkeitsdichtung und vorrichtung zur dynamischen steuerung des sperrfluiddruckes - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine mechanische Vorrichtung mit einer Fluiddichtvorrichtung und ein Verfahren zur dynamischen Dichtfluiddrucksteuerung für eine mechanische Vorrichtung mit eine fluidabdichtbaren Kammer. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren, die gegen Kraftstoffleckage in einem Kraftstoffeinspritzventil für einen Verbrennungsmotor abdichten.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Gasförmige Brennstoffe, wie z.B. Erdgas, sind viel versprechende Kandidaten zum Betanken von Dieselmotoren aufgrund ihrer schnellen Verfügbarkeit und ihres Potentials bei der Verringerung von Partikelemissionen. Wenn gasförmiger Kraftstoff in eine Motorverbrennungskammer zum Ende des Verdichtungstaktes in einem so genannten „Direkteinspritz"-Motor direkt eingespritzt wird, besteht ein weitere Vorteil darin, dass die Charakteristiken der Dieselmotoren im Hinblick auf den hohen Wirkungsgrad beibehalten werden. Um den Zylinderdruck nahe dem Ende des Verdichtungstaktes (nahe dem oberen Totpunkt) zu überwinden, ist ein höherer Gaseinspritzdruck erforderlich, damit der gasförmige Kraftstoff in die Verbrennungskammer eintritt.
  • Wenn die Einspritzventilbaugruppe ein zweites Fluid verwendet, kann die Leckage von gasförmigem Kraftstoff in die Kammern des Einspritzventils, in denen das zweite Fluid enthalten ist, den Betrieb des Einspritzventils negativ beeinflussen. Beispielsweise könnte, wenn das Einspritzventil mit gasförmigem Kraftstoff hydraulisch betätigt wird, eine Leckage von gasförmigem Kraftstoff in das Betätigungsfluid den Hydraulikbetätigungskreis verunreinigen, so dass eine Betätigung verhindert oder unterbunden wird.
  • Bei bekannten herkömmlichen, hydraulisch betätigten Einspritzventilen mit flüssigem Kraftstoff wurden traditionell äußerst geringe Durchmesserzwischenräume zwischen der Bohrung und der hin- und hergehenden Ventilnadel, die sich in der Bohrung befindet, gelassen, um die Leckage von unter Druck stehendem flüssigen Kraftstoff in das Hydraulikbetätigungsfluid und umgekehrt zu verringern. Dieses Verfahren sieht jedoch keine zwangsweise Dichtung zwischen dem flüssigen Kraftstoff und dem Hydraulikbetätigungsfluid vor und beseitigt daher die Leckage nicht wesentlich, sondern verringert diese nur. Ein gasförmiger Kraftstoff hat eine äußerst geringe Viskosität und geringe Durchmesserzwischenräume sind ineffektiv bei der Abdichtung von Fluiden mit geringer Viskosität. Dementsprechend können Zwischenraumdichtungen keine zuverlässige und effektive Dichtung für hydraulisch betätigte Einspritzventile mit gasförmigem Kraftstoff darstellen.
  • Bekannte, herkömmliche Dichtstrategien für Einspritzventile mit gasförmigem Kraftstoff haben traditionell O-Ring oder andere Dichtungen aus weichem Material oder Polymermaterial verwendet, die wirken, um eine Leckage des Druckkraftstoffs in die anderen Einspritzventilkammern zu verhindern. Ein Nachteil von herkömmlichen elastomeren O-Ringen in Hochdruck-Direkteinspritzsystemen ist die allgemeine Unfähigkeiten von herkömmlichen O-Ring-Materialien, schnellen Hin- und Herbewegungsraten und den Hochdruckbedingungen, die in einem Kraftstoffeinspritzventil vorliegen, ohne eine deutliche Verringerung der Betriebsdauer zu widerstehen.
  • Im Ansprechen auf die vorstehenden Einschränkungen wurden Dichttechniken, die bei Einspritzventilen für gasförmige Kraftstoffe verwendet werden, entwickelt, bei denen Fluiddichtungen enthalten sind.
  • Bei Fluiddichtungen in Einspritzventilen mit gasförmigen Kraftstoff wird ein Druckdichtfluid typischerweise verwendet, das die Leckage von gasförmigen Kraftstoff in die anderen Kammern im Einspritzventil und/oder in ein zweites Fluid, wie ein Hydraulikfluid oder einen Sekundärkraftstoff, verhindert. Unter der Voraussetzung, dass der Druck des Dichtfluids größer als der des gasförmigen Kraftstoffs ist, leckt der gasförmige Kraftstoff nicht am Dichtfluid vorbei in das zweite Fluid. Vorzugsweise ist das Dichtfluid ebenfalls brennbar, so dass eine geringe Menge an Leckage des Dichtfluids in den Kraftstoff akzeptabel ist.
  • Für Gaskraftstoffsysteme ist es wichtig, dass das Dichtfluid auf einem Druckpegel gehalten wird, der höher als der Gaskraftstoffdruck ist; andernfalls kann der Gaskraftstoff die Fluiddichtung verletzen und herauslecken, woraus sich niedrige Wirkungsgrade aufgrund des verlorenen Kraftstoffs und möglicherweise Betriebsschwierigkeiten ergeben, wenn beispielsweise der gasförmige Kraftstoff in ein Hydraulikfluid leckt. Bekannte Fluiddichtsysteme halten typi scherweise den Dichtfluiddruck auf einem konstanten Pegel, der höher als der höchste erwartete Gaskraftstoffdruck ist. Bei solchen Fluiddichtsystemen kann sich eine übermäßige Leckage des Dichtfluids in die Gaskraftstoffkammern ergeben, wenn der Druck des Gaskraftstoffs variabel ist.
  • Beispielswiese offenbart das vom Anmelder mitbessesene US-Patent Nr. 5.996.558 (das '558-Patent), das am 7. Dezember 1999 ausgegeben wurde, ein hydraulische betätigtes Einspritzsystem mit gasförmigem Kraftstoff, in dem sich der Gaskraftstoffdruck als eine Funktion der Motordrehzahl und anderer Motorlastbedingungen ändern kann, um die Verbrennung zu verbessern.
  • Das US-Patent Nr. 4.774.909 (das '909-Patent) offenbart ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, in dem die Kraftstoffdichte an die Umgebungstemperatur durch eine Kombinationseinrichtung angepasst wird, die durch das Motorkühlsystem erwärmt wird, und in dem sich das Einspritzen von Kraftstoff in den Motor auf den Druck in der Ausgleicheinrichtung bezieht. Das '909-Patent offenbart ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgleichen des Dichtfluiddrucks und des Kraftstoffdrucks mit der Ausnahme der Betätigung des Kraftstoffeinspritzventils. Das durch das '909-Patent offenbarte Kraftstoffeinspritzventil wird hydraulisch betätigt, und, wenn das Kraftstoffeinspritzventil betätigt wird, wird der Druck des Hydraulikbetätigungsfluids, das ebenfalls als Dichtfluid dient, erhöht. Ein Nachteil der durch das '909-Patent offenbart Erfindung besteht darin, dass jedes Mal, wenn das Ventil betätigt wird, der Druck des Dichtfluids den Druck des Kraftstoffs übersteigt, wodurch das Dichtfluid in den Kraftstoff lecken kann.
  • Wenn der Dichtfluiddruck höher als der Gaskraftstoffdruck ist, strömt etwas Dichtfluid in einer laminaren oder begrenzten Weise durch den Durchmesserzwischenraumspalt zwischen der Bohrung und der in der Bohrung befindlichen, hin- und hergehenden Ventilnadel. Die begrenzte Strömung von Dichtfluid kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden: QSD = (kc3DP)L,wobei QSD die Strömung des Dichtfluids ist, k eine Konstante, c der Durchmesserzwischenraum zwischen dem Ventil und der Ventilkammer, DP die Druckdifferenz zwischen dem Dichtfluid in der Ringnut und dem Gas in der Gaskammer und L die Länge der Bohrung zwischen der ringförmigen Nut und dem Ventilkraftstoffkammer im Einspritzventil. Die Bearbeitungsmöglichkeiten begrenzen die Verringerungen beim Durchmesserzwischenraum c und Raumbeschränkungen begrenzen typischerweise Erhöhungen bei der Länge L. Jedoch kann durch die Verringerung von Dp eine Leckage von Dichtfluid in die Ventilkammer verringert werden.
  • Dementsprechend erhöht sich, wenn sich DP erhöht, die Strömung von Dichtfluid in die Ventilkraftstoffkammer, wodurch sich ein unerwünschter Verbrauch und eine Verbrennung von übermäßigen Mengen an Dichtfluid ergibt. Eine ineffiziente und potentiell beschädigende Verbrennung von Dichtfluid wird in Kraftstoffunterbrechzuständen verstärkt, wo die Zuführung von gasförmigem Kraftstoff in die Verbrennungskammer unterbunden wird. Ein Beispiel für einen Kraftstoffunterbrechzustand ist, wenn das Fahrzeug einen steilen Berg abwärts fährt und die Motorkompression zum Verlangsamen des Fahrzeugs eingesetzt wird. In einer solchen Situation ist die Motorgeschwindigkeit ohne zusätzliche Verbrennung angemessen. Während der Kraftstoffunterbrechzustände kann sich eine deutliche Menge an Dichtfluid in der Gaskraftstoffkammer im Einspritzventil sammeln; und wenn das Kraftstoffeinspritzen wieder beginnt, wird das gespeicherte Dichtfluid in den Motorverbrennungskammer eingespritzt und im ersten Motorzyklus mit unterwünschter Umweltwirkung und potentieller die Ausrüstung schädigender Nebenwirkung verbrannt. Die Leckage von Dichtfluid in der vorstehend beschriebenen Weise kann zu einer Überversorgung mit Kraftstoff führen. Wenn der Pegel des Kraftstoffs in der Verbrennungskammer übermäßig wird, können, wenn die Verbrennung nach einem Kraftstoffunterbrechzustand erneut beginnt, die Verbrennungsmotorkomponenten, wie Kolben, Zylinderkopf, Verbindungsstangen und Kurbelwelle überbeansprucht werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorstehenden Aufgaben werden durch eine mechanische Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum dynamischen Steuern des Dichtfluiddrucks in einer Fluiddichtung entsprechend Anspruch 42 gelöst.
  • Weitere Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die vorliegende Dichtvorrichtung und das vorliegende Dichtverfahren überwinden die vorstehend genannten Probleme durch Verringerung des Druck differentials zwischen dem Dichtfluid und dem gasförmigen Kraftstoff und durch das Verbinden des Drucks des Dichtfluids und des gasförmigen Kraftstoffs, so dass der Druck des einen Fluids verwendet wird, um den Druck des anderen Fluids dynamisch zu steuern. Das heißt, dass sich der Druck des Dichtfluids im Ansprechen auf Änderungen des Drucks des gasförmigen Kraftstoffs dynamisch ändern kann. Die vorliegende Vorrichtung und das vorliegende Verfahren sehen somit ein verbessertes System in Bezug auf herkömmliche System vor, bei denen ein Dichtfluid mit konstantem Druck verwendet wird.
  • Eine Fluiddichtvorrichtung sieht eine dynamische Drucksteuerung eines Dichtfluids in einer Fluiddichtung in einer mechanischen Vorrichtung vor. Die mechanische Vorrichtung weist eine Kraftstoffkammer auf, die mit einem Kraftstoffzuführsystem in Fluidverbindung steht. Der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer kann während des Motorbetriebes Schwankungen ausgesetzt und in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer gesteuert werden, um sich im Ansprechen auf Änderungen der Motorlastbedingungen zu ändern. Die mechanische Vorrichtung hat eine bewegliche Komponente, die sich durch eine Öffnung in einer Wand der Kraftstoffkammer erstreckt. Die Kraftstoffdichtvorrichtung weist auf:
    • (a) eine Fluiddichtung mit einem in der mechanischen Vorrichtung ausgebildeten Hohlraum, wobei der Hohlraum mit einem zwischen der Wand und der beweglichen Komponente ausgebildeten Spalt in Fluidverbindung steht, wodurch verhindert wird, dass Kraftstoff in der Kraftstoffkammer durch den Spalt leckt, wodurch die Fluiddichtung mit einem Dichtfluidzuführsystem in Fluidverbindung steht, und
    • (b) eine Druckausgleichvorrichtung mit: einer ersten Kammer, die mit dem Dichtfluid in dem Dichtfluidzuführsystem in Fluidverbindung steht, einer zweiten Kammer, die von der ersten Kammer im Wesentlichen fluidisoliert ist und mit dem Kraftstoff in dem Kraftstoffzuführsystem in Fluidverbindung steht, und einem Steuerelement, das im Ansprechen auf Änderungen des Drucks in zumindest einer der ersten und zweiten Kammer beweglich ist, wobei der Dichtfluiddruck in der Fluiddichtung in Abstimmung mit Bewegungen des Steuerelements dynamisch steuerbar ist.
  • Die Druckausgleichvorrichtung ist betriebsfähig, um den Differentialfluiddruck zwischen dem Dichtfluiddruck in der Fluiddichtung und dem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer zu verringern. Beispielweise ist in einigen Ausführungsbeispielen das Steuerelement beweglich, um den Dichtfluiddruck in der Fluiddichtung im Ansprechen auf Änderungen des Kraftstoffdrucks in der zweiten Kammer einzustellen. Während herkömmliche Fluddichtungen typischerweise den Dichtfluiddruck in der Fluiddichtung auf einem festen Druck aufrechterhalten, wodurch sich ein sich änderndes Druckdifferential ergibt, das sich mit Änderungen beim Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer ändert, steuert die vorliegende Fluiddichtvorrichtung dynamisch die Fluiddrücke, um ein Druckdifferential anzuvisieren, das im Mittel geringer als das veränderliche Druckdifferential der herkömmlichen Systeme ist. In alternativen Ausführungsbeispielen ist das Steuerelement beweglich, um den Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer im Ansprechen auf Änderungen des Dichtfluiddrucks in der ersten Kammer einzustellen. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Dichtfluiddruck im Ansprechen auf Änderungen der Motorbetriebsbedingungen, wie z.B. der Last gesteuert werden, und wird der Dichtfluiddruck verwendet, um den Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer zu steuern.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist das Kraftstoffzuführsystem ferner eine steuerbare Kraftstoffdruckreguliereinrichtung zum Regulieren des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffkammer im Ansprechen auf Änderungen der Motorlast auf. Während typische mechanische Vorrichtungen Kraftstoff verwenden, der mit einem konstanten Druck zugeführt wird, sind die vorliegende Vorrichtung und das vorliegende Verfahren besonders an Systeme angepasst, bei denen der Kraftstoffdruck absichtlich im Ansprechen auf Änderungen der Motorlast geändert wird.
  • Das Dichtfluid ist vorzugsweise eine Flüssigkeit, beispielsweise flüssiger Dieselkraftstoff oder flüssiges Hydraulikfluid. Obwohl die vorliegende Fluiddichtvorrichtung für mechanische Vorrichtungen verwendet werden kann, die flüssige oder gasförmige Kraftstoffe verwenden, ist die Vorrichtung insbesondere für mechanische Vorrichtung nutzbringend, bei denen hydraulische System und Druck-Gaskraftstoffe verwendet werden, da die Leckage eines Gases in ein Hydraulikfluid den Betrieb des Hydrauliksystems gefährden kann. In einem be vorzugten Ausführungsbeispiel wird der gasförmige Kraftstoff aus der Gruppe ausgewählt, die aus Erdgas, Wasserstoff und verflüssigtem Erdölgags besteht.
  • In einer bevorzugten Anwendung ist die mechanische Vorrichtung ein Kraftstoffeinspritzventil für einen Verbrennungsmotor. Beispielweise kann in einem Einspritzventil eine Fluiddichtung notwendig sein, um eine Kraftstoffkammer abzudichten, die eine bewegliche Ventilnadel hat (d.h. die bewegliche Komponente), die sich in eine Kraftstoffkammer erstreckt. In diesem Beispiel ist die Ventilnadel zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position zum Einspritzen von Kraftstoff von der Kraftstoffkammer durch zumindest eine Düsenöffnung in einer Verbrennungskammer des Motors beweglich. Dennoch ist für den Fachmann deutlich, dass die vorliegende Erfindung im Allgemeinen auf mechanische Vorrichtungen angewendet werden kann, bei den eine Fluiddichtung verwendet wird, um eine Entweichen eines anderen Fluids zu verhindern.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Druckausgleichvorrichtung zum Kraftstoffeinspritzventil extern und kann mehr als ein Einspritzventil in einer Common-Rail-Anordnung den Dienst versehen.
  • In einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Druckausgleichvorrichtung weist das Steuerelement einen Kolben auf, der in einem Zylinder beweglich ist. Der Kolben trennt die erste Kammer von der zweiten Kammer und der Dichtfluiddruck ist gegenüber dem Kraftstoffdruck ausgeglichen, indem der Dichtfluiddruck gesteuert wird, um den Kolben in einer Gleichgewichtsposition zu halten.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Druckausgleichvorrichtung vorgespannt, so dass sich der Kolben im Gleichgewicht befindet, wenn der Dichtfluiddruck in der ersten Kammer einen vorbestimmten Betrag höher als der Kraftstoffdruck in der zweiten Kammer ist. Beispielswiese kann eine Feder verwendet werden, um die Druckausgleicheinrichtung vorzuspannen. Alternativ dazu kann die Druckausgleichvorrichtung vorgespannt werden, indem ein Kolben verwendet wird, der einen ersten effektiven Flächenbereich hat, der zur ersten Kammer weist und der kleiner als ein zweiter effektiver Flächenbereich, der zur zweiten Kammer weist, ist.
  • Die Druckausgleichvorrichtung kann ferner einer Kolbenstange, die dem Kolben zugeordnet ist und die sich durch die erste Kammer und aus dem Zylinder heraus erstreckt, aufweisen. Die Kolbenstange kann verwendet werden, um die Führung der Bewegungen des Kolbens zu unterstützen, und durch die Zuordnung zur Kolbenfläche, die zur ersten Kammer weist, verringert die Kolbenstange den ersten effektiven Flächenbereich und unterstützt diese die Vorspannung der Druckausgleichvorrichtung.
  • Ein Sensor kann verwendet werden, um die Bewegung des Kolbens im Zylinder zu erfassen und um ein Signal, das die Kolbenbewegungen darstellt, zu einer Dichtfluidsteuereinheit auszusenden. Der Sensor kann die Kolbenbewegung oder den Kolbenort direkt im Zylinder erfassen. Alternativ dazu kann, wenn eine Kolbenstange verwendet wird, der Sensor die Bewegung oder Position der Kolbenstange erfassen, um die Bewegung oder Position des Kolbens zu bestimmen. Die Dichtfluidsteuereinheit kann verwendet werden, um den Dichtfluiddruck in der ersten Kammer und die Fluiddichtung im Ansprechen auf das Signal zu steuern.
  • Das Dichtfluidzuführsystem kann eine geeignete herkömmliche Vorrichtung zum Unter-Druck-Setzen des Dichtfluids, wenn ein größerer Druck in der Fluiddichtung notwendig ist, aufweisen. Beispielsweise kann das Dichtfluidzuführsystem eine Dichtfluidpumpe aufweisen, die durch die Dichtfluidsteuereinheit steuerbar ist, um den Druck des Dichtfluids in der ersten Kammer der Druckausgleichvorrichtung und der Fluiddichtung zu steuern. Zum Verringern der Wirkungen der Druckimpulse im Dichtfluidzuführsystem kann das System ferner stromabwärts der Dichtfluidpumpe und stromaufwärts der Druckausgleichvorrichtung eine Pulsierdämpfungseinrichtung aufweisen.
  • In einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Druckausgleichvorrichtung steuert ein Druckregulierventil die Strömung von Dichtfluid zur Fluiddichtung. Ein Fluidkanal im Ventil kann geöffnet werden, um die Strömung von Dichtfluid durch den Fluidkanal und weiter zur Fluiddichtung zu steuern. Der Fluidkanal weist die erste Kammer auf und die zweite Kammer ist eine Steuerkammer, die mit dem Kraftstoffzuführsystem in Fluidverbindung steht. Das Steuerelement ist im Ansprechen auf Änderungen des Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer beweglich. In diesem Ausführungsbeispiel kann das Steuerelement eine Membran aufweisen und kann das Fluidregulierventil ein membranbetätigtes Drucksteuerventil sein, wobei die Membran im Ansprechen auf Ände rungen des Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer verformbar ist. Statt einer Membran kann das Steuerelement einen Kolben aufweisen, der in einem Zylinder, der Teil der Steuerkammer ist, beweglich ist.
  • In Kombination mit dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Druckausgleichvorrichtung ist das Fluidregulierventil betreibbar, um den Dichtfluiddruck stromabwärts des Fluidregulierventils zu steuern, so dass dieser gleich dem Kraftstoffdruck in der zweiten Kammer oder größer als dieser ist. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Fluiddichtvorrichtung ferner aufweisen:
    • (c) einen Sensor zum Erfassen eines Dichtfluiddrucks an einem Ort in dem Dichtfluidzuführsystem stromabwärts von einer Dichtfluidpumpe und zum Aussenden eines Signals, das den Dichtfluiddruck darstellt, und
    • (d) eine Dichtfluidströmung-Steuereinheit in Verbindung mit dem Sensor zum Aufnehmen des Signals, wobei die Steuereinheit die Dichtfluidpumpe im Ansprechen auf das Signal steuert, um den Dichtfluiddruck an dem Sensorort auf einem Druck zu halten, der höher als der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer ist.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird der Dichtfluiddruck stromaufwärts des Fluidregulierventils höher als der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer gehalten. Dieses sichert ab, dass das Dichtfluid zur Fluiddichtung durch das Fluidregulierventil zugeführt wird, um einen Dichtfluiddruck in der Fluiddichtung vorzusehen, der höher als der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer ist. Dementsprechend befindet sich der Sensorort vorzugsweise stromaufwärts von dem Fluidregulierventil. Der Sensor kann ein Gerät, wie z.B. einen Druckwandler, zum Messen des Dichtfluiddrucks in einem Fluidkanal aufweisen.
  • Die Fluiddichtvorrichtung kann ferner eine Pulsierdämpfungseinrichtung stromabwärts der Dichtfluidpumpe und stromaufwärts des Fluidregulierventils aufweisen.
  • In einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels ist das Fluidregulierventil betriebsfähig, um die erneute Umführung des Dichtfluids im Dichtfluidzuführsystem zu steuern, damit der Dichtfluiddruck stromaufwärts des Fluidregulierventils gesteuert wird, so dass dieser gleich dem Kraftstoffdruck in der zweiten Kammer oder größer als dieser ist. In dieser Anordnung wird das Dichtfluid, das der Fluiddichtung zugeführt wird, stromaufwärts vom Fluidregulierventil hergenommen, das betätigt wird, um den Stromaufwärtsdruck zu steuern, indem die Menge an Dichtfluid, die erneut umgeführt wird, gesteuert wird. Ein Drucksensor kann verwendet werden, um den Dichtfluiddruck im Dichtfluidzuführsystem zwischen der Dichtfluidpumpe und dem Fluidregulierventil zu messen.
  • In einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Druckausgleichvorrichtung wird ein Fluidregulierventil betrieben, um die Strömung von Kraftstoff zu steuern, die zur Kraftstoffkammer strömt, so dass der Druck in der Kraftstoffkammer kleiner als der Druck in der Fluiddichtung ist oder gleich diesem ist. Die erste Kammer der Druckausgleichvorrichtung ist eine Steuerkammer, die mit dem Dichtfluid im Dichtfluidzuführsystem in Fluidverbindung steht. Ein Fluidkanal im Ventil ist öffnenbar, um die Strömung von Kraftstoff durch den Fluidkanal zu steuern. Der Fluidkanal weist die zweite Kammer auf. Das Steuerelement ist im Ansprechen auf Änderungen des Dichtfluiddrucks in der Steuerkammer beweglich.
  • Die Fluidreguliereinrichtung dieses Ausführungsbeispiels der Druckausgleichvorrichtung kann ein Steuerelement mit einer Membran aufweisen. Das heißt, dass das Fluidregulierventil ein membranbetätigtes Drucksteuerventil sein kann, wobei die Membran im Ansprechen auf Änderungen des Dichtfluiddrucks in der Steuerkammer verformbar ist. In einer alternativen Anordnung kann die Steuerkammer ein Zylinder sein und kann das Steuerelement einen Kolben aufweisen, der im Zylinder beweglich ist.
  • Dieses Ausführungsbeispiel der Fluiddichtvorrichtung kann ferner einen Drucksensor und eine Dichtfluidströmungs-Steuereinheit zum Steuern einer Dichtfluidpumpe im Ansprechen auf ein vom Sensor abgegebenes Signal aufweisen. Der Sensor erfasst einen Dichtfluiddruck an einem Ort im Dichtfluidzuführsystem stromabwärts der Dichtfluidpumpe. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nimmt die Dichtfluidsteuereinheit ein Signal von dem Sensor und Daten bezüglich Motorbetriebsbedingungen auf. Die Steuereinheit ist kalibriert, um die Dichtfluidpumpe im Ansprechen auf das Sensorsignal und Motorbetriebsbedingungs-Daten zu steuern, um einen Dichtfluiddruck in der Fluiddichtung vorzusehen, der durch die Motorbetriebsbedingungen vorbestimmt ist. Das heißt, dass der Dichtfluiddruck durch die Motorbetriebsbedingungen bestimmt ist und der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer im Ansprechen auf Änderungen des Dichtfluiddrucks gesteuert wird.
  • Der Drucksensor befindet sich vorzugsweise stromaufwärts des Fluidregulierventils und kann beispielsweise einen Druckwandler zum Messen des Dichtfluiddrucks aufweisen. Die Vorrichtung kann ferner eine Pulsierdämpfungseinrichtung stromabwärts der Pumpe und stromaufwärts des Fluidregulierventils und des Drucksensors, um die durch die Dichtfluidpumpe erzeugten Druckimpulse zu verringern, aufweisen.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel dieser Anordnung wird eine Erneut-Umführungsschleife und ein Strömungssteuerventil verwendet, das steuerbar ist, um den Dichtfluiddruck in der Fluiddichtung zu stehen, indem die Menge an Dichtfluid gesteuert wird, die im Dichtfluidzuführsystem erneut umgeführt wird.
  • Ein zusätzliches Merkmale der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Fluiddichtvorrichtung ist einen Druckentlastungsschleife, die einen Fluidkanal zur Rückgewinnung von zumindest einem Teil des Dichtfluids im Dichtfluidzuführsystem, wenn der Dichtfluiddruck in der Fluiddichtung größer als ein vorbestimmter Wert ist, aufweist. Der ausgewählte vorbestimmte Wert ist ein Wert, der um einen geeigneten Sicherheitsfaktor kleiner als der Berstdruck der Komponenten des Dichtfluidzuführsystems und des Systems als Ganzes ist. Die Druckentlastungsschleife kann ferner ein Druckentlastungsventil zum automatischen Steuern der Menge an Dichtfluid, die wiedergewonnen wird, aufweisen.
  • Es wird ein Verfahren zum dynamischen Steuern des Dichtfluiddrucks in einer Fluiddichtung offenbart, das das Abdichten zu einer Kraftstoffkammer in einem Einspritzventil für einen Verbrennungsmotor vorsieht. Das Einspritzventil weist eine bewegliche Komponente auf, die durch eine Öffnung in einer Wand der Kraftstoffkammer tritt, und die Fluiddichtung sieht ein Dichten vor, indem diese in der Öffnung angeordnet ist, um zu verhindern, dass Kraftstoff durch einen Zwischenraumspalte zwischen der beweglichen Komponenten und der Öffnung leckt. Der Dichtfluiddruck wird in der Fluiddichtung dynamisch gesteuert, so dass dieser gleich dem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer oder höher als dieser ist, indem der Dichtfluiddruck stromaufwärts der Fluiddichtung mit dem Kraftstoffdruck stromaufwärts der Kraftstoffkammer ausgeglichen wird.
  • Das Verfahren ist insbesondere nützlich, wenn der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer gesteuert wird, um sich im Ansprechen auf Änderungen bei den Kraftstoffbetriebsbedingungen, wie Motorlast und Motordrehzahl zu ändern.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens weist das Verfahren ferner das Steuern des Dichtfluiddrucks im Ansprechen auf die momentane Lastbedingung auf, wobei das Verfahren ferner aufweist:
    • (a) Steuern des Dichtfluiddrucks in der Fluiddichtung, so dass dieser größer als der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer ist, wenn der Motor unter Last steht, und
    • (b) Steuern des Dichtfluiddrucks in der Fluiddichtung, so dass dieser im Wesentlichen gleich dem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer ist, wenn sich der Motor nicht unter Last befindet.
  • In einem bevorzugten Verfahren wird das Ausgleichen des jeweiligen Dichtfluiddrucks und des Kraftstoffdrucks vorgenommen, indem ein Kolben in einer Gleichgewichtsposition in einem Zylinder gehalten wird.
  • In einem weiteren bevorzugten Verfahren wird das Ausgleichen des jeweiligen Dichtfluiddrucks und Kraftstoffdrucks vorgenommen, indem die Strömung des Dichtfluids, das zur Fluiddichtung gerichtet ist, im Ansprechen auf Änderungen des Kraftstoffdrucks in einer Steuerkammer eines Fluiddregulierventils, das die Strömung des Dichtfluids zur Fluiddichtung reguliert, gesteuert wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Kraftstoffdruck im Ansprechen auf Änderungen der Motorbetriebsbedingungen gesteuert. Änderungen des Kraftstoffdrucks werden dem Fluidregulierventil über die Steuerkammer, die sich mit dem Kraftstoffzuführsystem in Fluidverbindung befindet, übermittelt.
  • In einem noch anderen bevorzugten Verfahren wird das Ausgleichen der jeweiligen Dichtfluiddrucks und des Kraftstoffdrucks vorgenommen, indem die zur Kraftstoffkammer gerichtete Strömung des Kraftstoffs im Ansprechen auf Änderungen des Dichtfluiddrucks in einer Steuerkammer eines Fluidregulierventils, das die Strömung von Kraftstoff zur Kraftstoffkammer reguliert, gesteuert wird. Entsprechend diesem Verfahren wird der Dichtfluiddruck im Ansprechen auf Änderungen der Motorbetriebszustände gesteuert und wird als eine Konse quenz des Steuerns des Dichtfluiddrucks der Kraftstoffdruck indirekt gesteuert, da die Steuerkammer mit dem Dichtfluidzuführsystem in Fluidverbindung steht.
  • Jedes der bevorzugten Verfahren kann ferner mit dem Messen des Dichtfluiddrucks stromaufwärts einer Druckausgleichvorrichtung und dem Steuern einer Dichtfluidpumpe stromaufwärts der Druckausgleichvorrichtung zum Aufrechterhalten eines Dichtfluiddrucks stromaufwärts der Druckausgleichvorrichtung, der größer als der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer ist, kombiniert werden. Das Verfahren kann ferner das Verringern der Druckimpulse stromabwärts der Dichtfluidpumpe durch das Richten des Dichtfluids durch eine Pulsierdämpfungseinrichtung, die sich bevorzugt stromaufwärts der Druckausgleichvorrichtung befindet, aufweisen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Fluiddichtvorrichtung zeigt, bei der eine Druckausgleichvorrichtung mit einem Ausgleichzylinder verwendet wird, der zum Ausgleichen der Drücke eines Dichtfluids und eines Kraftstoffs verwendet wird.
  • 2A ist eine schematische Darstellung, die ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Fluiddichtvorrichtung zeigt, bei der eine Druckausgleichvorrichtung mit einem Fluidregulierventil zum Steuern der Strömung eines Dichtfluids zum Einspritzventil verwendet wird.
  • 2B ist eine schematische Darstellung, die eine Änderung des Ausführungsbeispiels von 2A zeigt, wobei das Fluidregulierventil eine Gegendruckreguliereinrichtung ist, die den Druck des Dichtfluids in der Fluiddichtung steuert, indem die Menge des Dichtfluids gesteuert wird, die im Dichtfluidzuführsystem erneut umgeführt wird.
  • 3A ist eine schematische Darstellung, die ein noch weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Fluiddichtvorrichtung zeigt, bei der eine Druckausgleichvorrichtung mit einem Fluidregulierventil verwendet wird, um die Strömung von Kraftstoff zu dem Einspritzventil zu steuern, in dem der Druck des Kraftstoffs durch die Steuerung des Drucks des Dichtfluids indirekt gesteuert wird.
  • 3B ist eine schematische Darstellung, die eine Änderung des Ausführungsbeispiels von 3A zeigt, in dem eine Erneut-Umführungsschleife verwendet wird, um den Druck des Dichtfluids, das der Fluiddichtung zugeführt wird, zu steuern.
  • 4 ist ein Teilschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines hydraulisch betätigten Gaskraftstoff-Einspritzventils, der eine Fluiddichtung zeigt, die sich in der Bohrung befindet, die für die beweglich Ventilnadel vorgesehen ist, um die Leckage des gasförmigen Kraftstoffs aus der Ventilkraftstoffkammer zu verhindern.
  • 5 ist ein Teilschnitt eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels eines hydraulisch betätigten Einspritzventils, der eine Fluiddichtung zeigt, die sich in einer Bohrung befindet, die für bewegliche Teile der Einspritzventilbaugruppe vorgesehen ist. Das Einspritzventil von 5 verwendet zwei konzentrisch angeordnete Einspritzbaugruppe zum Einspritzen von getrennten Kraftstoffströmen in eine Verbrennungskammer (nicht gezeigt).
  • Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels (der bevorzugten Ausführungsbeispiele)
  • Eine Fluiddichtvorrichtung und ein Verfahren für eine dynamische Dichtfluiddrucksteuerung können bei zahlreichen Arten von mechanischen Vorrichtungen verwendet werden, bei denen ein Dichten um sich drehende, hin- und hergehende, gleitende oder sich auf andere Art bewegende Teile erforderlich ist. Obwohl die vorliegende mechanische Vorrichtung mit einer Fluiddichtvorrichtung und ein zugeordnetes Verfahren zum Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzventil für einen Verbrennungsmotor beschrieben sind, ist eine solche Beschreibung nur illustrierend und nicht beschränkend beabsichtigt.
  • Ein externes dynamisches Druckausgleichsystem wird verwendet, um den Druck des Dichtfluids so nah wie möglich am Kraftstoffdruck, jedoch nicht niedriger als diesen zu halten. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines externen dynamischen Druckausgleichsystems, bei dem eine Druckausgleichvorrichtung 100 verwendet wird, die einen Druckausgleichzylinder 110 aufweist. Der Druckausgleichzylinder 110 weist einen verschiebbaren Kolben 111 auf, der die Kammern 112 und 114 trennt. Eine Zylinderdichtung 115 kann sich um den Kolben 111 befinden, um zwischen den Seitenkanten des Kolbens 111 und der Innenwand des Druckausgleichzylinders 110 im Wesentlichen abzudichten. Die Zylinderdichtung 115 kann von einem bekannten Dichtungstyp sein. Im Ausführungsbeispiel von 1 ist der Flächenbereich des Kolbens 111, der zur Kammer 112 weist, im Wesentlichen gleich dem Flächenbereich des Kolbens 111, der zur Kammer 114 weist, mit der Ausnahme des Bereiches der durch den Querschnittsbereich der Kolbenstange, die durch die Kammer 112 geht, eingenommen wird. Dementsprechend ist der effektive Flächenbereich des Kolbens 111, der zur Kammer 112 weist, geringfügig kleiner als der effektive Flächenbereich des Kolbens 111, der zur Kammer 114 weist. Aus dieser Anordnung ergibt sich, dass der Dichtfluiddruck in der Kammer 112 geringfügig höher als der Kraftstoffdruck in der Kammer 114 ist, wenn der Kolben 111 stationär und in einer Gleichgewichtsposition ist. Wenn sich der Druck von einem der Fluide ändert, wird der Kolben 111 verschoben. Ein Sensor, wie z.B. eine Positionserfassungseinrichtung 118 erfasst die Bewegung und die Position des Kolbens 111 im Druckausgleichzylinder 110. Die Positionserfassungseinrichtung 118 kann eine geeignete Vorrichtung sein, wie z.B. ein optischer Sensor, ein Linearpotentiometer, eine mechanische Vorrichtung oder ein Endlagenschalter, die erfasst, wenn der Kolben an einem Ende eines vorbestimmten gewünschten Bewegungsbereiches ist.
  • Die Dichtfluidpumpe 120 pumpt Dichtfluid zur Kammer 112. Die Dichtfluidströmung-Steuereinheit 122 verwendet Informationen von einer Positionserfassungseinrichtung 118, um die Dichtfluidpumpe 120 dynamisch zu steuern, damit die gewünschte Position des Kolbens 111 im Druckausgleichzylinder 110, beispielsweise eine Position in einem Bereich, der durch zwei voreingestellte Grenze begrenzt wird, aufrechterhalten wird. Die Pumpe 120 kann durch eine bekannte Einrichtung, einschließlich pneumatisch, hydraulisch oder durch elektronische Signale von der Dichtfluidströmung-Steuereinheit 122 gesteuert werden.
  • Ein Flüssigkeitsdichtfluid wie z.B. Dieselkraftstoff oder Hydraulikfluid strömt vom Zuführtank 124 durch eine Leitung 126 zur Pumpe 120. Die Pumpe 120 kann mechanisch durch den Motor, pneumatisch oder elektrisch angetrieben werden. Eine Druckentlastungsvorrichtung 125 kann mit dem Dichtfluid stromabwärts der Pumpe 120 in der Leitung 127 in Fluidverbindung stehen. Das Dichtfluid strömt durch die Leitung 127 von der Pumpe 120 zur Kammer 112. Das Dichtfluid, das durch die Leitung 127 strömt, kann ebenfalls durch eine optionale Pulsierdämpfungseinrichtung 128 strömen. Die Aufnahme der Pulsier dämpfungseinrichtung 128 kann teilweise vom Typ der verwendeten Dichtfluidpumpe abhängen. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, die Pulsierdämpfungseinrichtung 128 aufzunehmen, wenn die Pumpe 120 eine Pumpe mit hin- und hergehendem Kolben ist, der deutlichere Druckimpulse erzeugt. Schließlich strömt das Dichtfluid von der Kammer 112 durch die Leitung 128 zum Einspritzventil 180.
  • Der Kraftstoff, der zum Einspritzventil 180 geführt wird, steht ebenfalls mit der Druckausgleichvorrichtung in Fluidverbindung. Die Krafftstoffquelle ist ein herkömmliches Kraftstoffzuführsystem, bei dem vorzugsweise ein Speicher 132 verwendet wird, um eine schnelle Zuführung von Hochdruckkraftstoff vorzusehen. Der Kraftstoff wird auf den Einspritzdruck durch eine Kraftstoffreguliereinrichtung 136 verringert und strömt durch die Zuführleitung 140 zum Einspritzventil 180. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ändert die Kraftstoffreguliereinrichtung 136 den Kraftstoffdruck entsprechend dem Motorlastbedingungen und kann die Kraftstoffreguliereinrichtung 136 durch eine bekannte Einrichtung, einschließlich pneumatisch, hydraulisch oder durch ein elektronisches Signal, von der elektronischen Steuereinheit 141, gesteuert werden. Stromabwärts der Kraftstoffreguliereinrichtung 136 zweigt eine Leitung 142 von der Leitung 140, um Kraftstoff an der Kammer 114 im Druckausgleichzylinder 110 vorzusehen.
  • Der Druckausgleichzylinder 110 weist somit Kammern an entgegengesetzten Seiten des Kolbens 110 auf, und zwar eine Kammer 112, die ein Dichtfluid enthält, und eine Kammer 114, die den Kraftstoff enthält. Durch die dynamische Steuerung des Drucks des Dichtfluids im Ansprechen auf Änderungen der Position des Kolbens 111 wird der Druck des Dichtfluids im Ansprechen auf Änderungen des Kraftstoffdrucks dynamisch gesteuert. Wenn der Flächenbereich des Kolbens 111, der zur Kammer 112 weist, im Wesentlichen gleich dem entgegengesetzten Flächenbereich ist, der zur Kammer 114 weist, ist, wenn der Kolben 111 im Gleichgewicht ist, der Druck des Dichtfluids in der Kammer 112 im Wesentlichen gleich dem Druck des Kraftstoffs in der Kammer 114. Entsprechend der in 1 gezeigten Anordnung ist, wenn sich der Kolben 111 in einer Gleichgewichtsposition befindet, der Druck des Kraftstoffs im Einspritzventil 180 im Wesentlichen gleich dem Druck des Dichtfluids, in der Fluiddichtung, die sich im Einspritzventil 180 befindet. Die Grenzen des Bereiches der Bewegung des Kolbens 111 können gesteuert werden, so dass dieser einen breiten Wertebereich von praktisch einem einzelnen Ort oder einem Sollwert bis nahezu dem gesamten Hub des Kolbens 111 im Druckausgleichzylinder 110 hat. Die Positionserfassungseinrichtung 118 sendet ein elektronisches Signal, das die Position des Kolbens 111 im Ausgleichzylinder 110 anzeigt, zur Dichtfluidströmungs-Steuereinheit 122. Die Dichtfluidströmungs-Steuereinheit 122 kann beispielsweise eine geeignete elektronische Steuereinheit (ECU) sein, die zur Aufnahme von Signalen in der Lage ist, die die Position des Kolbens 111 darstellt, und die zur Ausgabe eine Signals zur Steuerung der Pumpe 120 in der Lage ist, um die Pumpe 120 auswählend zu stoppen oder zu starten oder um die Pumpe 120 mit sich ändernden Strömungsraten zu betreiben.
  • Wenn der Kraftstoffdruck im Einspritzventil 180 verringert wird, wird die entsprechende Druckänderung der Kammer 11 über Leitungen 140 und 142 sofort mitgeteilt. Aus einem Druckabfall in der Kammer 114 ergibt sein eine Bewegung des Kolbens 111 im Druckausgleichzylinder 110, um das Volumen der Kammer 114 zu verringern (das Volumens der Kammer 112 zu erhöhen). Die Bewegung des Kolbens 111 wird durch die Positionserfassungseinrichtung 118 erfasst, die mit der Dichtfluidströmung-Steuereinheit 122 elektronisch in Verbindung steht. Im Ansprechen auf das Signal, das von der Messeinrichtungvorrichtung 118 aufgenommen wird, verringert die Dichtfluidströmungssteuereinheit 122 die Dichtfluidströmung durch die Pumpe 120, wodurch die Strömung von Dichtfluid in die Kammer 112 verringert wird.
  • Im Gegensatz dazu bewegt sich dann, wenn sich der Druck im Einspritzventil 180 erhöht, der Kolben 111 unter dem erhöhten Druck im Druckausgleichzylinder 110, um das Volumen der Kammer 114 zu erhöhen (das Volumen der Kammer 112 zu verringern). Die Bewegung des Kolbens 111 wird durch eine Positionserfassungseinrichtung 118 erfasst, die mit der Dichtfluidströmungssteuereinheit 122 elektronisch verbunden ist. Die Dichtfluidströmungssteuereinheit 122 steuert dann die Pumpe 120, um die Strömung an Dichtfluid in die Kammer 112 zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Position des Kolbens 111 in einem Bereich zwischen voreingestellten Positionen im Zylinder 110 aufrechterhalten.
  • Aus der Verwendung der Druckausgleichvorrichtung 100, um den Druck des Dichtfluids und des Kraftstoffs stromaufwärts des Einspritzventils 180 auszugleichen, ergibt sich, dass der Druck dieser Fluide im Einspritzventil 180 im Wesentlichen gleich ist, wenn das Einspritzventil 180 geschlossen ist (d.h. wenn das Kraftstoffeinspritzventil 180 keinen Kraftstoff einspritzt). Wenn sich jedoch das Einspritzventil 180 periodisch öffnet, wie dieses bei laufendem Motor mit sehr hoher Frequenz erfolgt, wird der Druck des Kraftstoffs im Einspritzventil 180 in Bezug auf den Druck des Dichtfluids verringert. Dementsprechend wird während des normalen Motorbetriebes der Kraftstoffdruck im Einspritzventil 180 geringfügig kleiner als der Dichtfluiddruck. Dementsprechend ergibt sich während des normalen Betriebes aus dem Druckdifferential im Einspritzventil 180 eine kontinuierliche Entlüftung des Dichtfluids in die Kraftstoffkanäle im Einspritzventil 180. Die Leckagemenge wird im Verglich zu herkömmlichen Anordnungen, bei denen kein dynamischer Druckausgleich erfolgt, stark verringert, da im vorliegenden System der Dichtfluiddruck dynamisch gesteuert wird, um Änderungen des Kraftstoffdrucks zu folgen, während sichergestellt wird, dass der Dichtfluiddruck im Einspritzventil 180 höher als der Kraftstoffdruck ist.
  • Da eine kleine Menge an Dichtfluid in den Kraftstoff im Einspritzventil 180 abgelassen wird, wird das abgelassene Dichtfluid in die Verbrennungskammer zusammen mit dem Kraftstoff eingespritzt und im Verbrennungsmotor verbraucht. Dementsprechend kann sich zusätzlich zu den Auswirkungen der Änderung des Kraftstoffdrucks auf die Position des Kolbens 111 der Kolben 111 ebenfalls im Ansprechen auf den Verbrauch von Dichtfluid im Einspritzventil 180 bewegen. Wenn Dichtfluid verbraucht wird, strömt Dichtfluid von der Kammer 112 zum Einspritzventil 180, woraus sich eine Verringerung des Volumens der Kammer 112 und eine nachfolgende Bewegung des Kolbens 111 ergibt. Die Positionserfassungseinrichtung 118 erfasst eine solche Bewegung und die Dichtfluidströmungs-Steuereinheit 122 steuert die Pumpe 120, um mehr Dichtfluid in die Kammer 112 zu pumpen, damit der Dichtfluidpegel in der Kammer 112 aufrechterhalten wird und somit der Dichtfluidverbrauch ausgeglichen wird.
  • Im umgekehrten Fall tritt, wenn die Menge an Dichtfluid, die zur Kammer 112 gepumpt wird, größer als die Menge an verbrauchtem Dichtfluid ist, eine Erhöhung des Volumens der Kammer 112 auf und bewegt sich der Kolben 111 dementsprechend und wird die Positionserfassungseinrichtung 118 erneut eine solche Bewegung erfassen. Die Positionserfassungseinrichtung 118 teilt eine solche Bewegung der Dichtfluidströmungseinheit 122 mit, die die Pumpe 120 steuert, um die Strömung von Dichtfluid vom Zuführtank 125 zur Kammer 112 zu verringern oder zu stoppen.
  • Somit wird der Kolben 111 in der vorstehend beschriebenen Weise gesteuert, um sich in dem voreingestellten Bereich im Druckausgleichzylinder 110 zu bewegen. Wenn sich der Kolben 11 aus dem voreingestellten Bewegungsbereich heraus in eine Richtung bewegt, in der sich das Volumen der Kammer 112 verringert (in 1 nach oben), und die Aktivierung der Pumpe 120 zum Pumpen von mehr Dichtfluid keine Wirkung hat, zeigt die Positionserfassungseinrichtung 118 einen Fehler im Dichtfluidzuführsystem an. Wenn der Fehler nicht korrigiert werden kann (d.h. wenn die Position des Kolbens 111 nicht in eine Position im dem voreingestellten Bereich zurückgeführt werden kann), kann der Verbrennungsmotor abgeschaltet werden.
  • Bezüglich 1 ist verständlich, dass Dichtfluidleitungen 127 und 128, die mit der Kammer 112 verbunden sind, durch eine kontinuierliche Dichtfluidleitung von der Pumpe 120 zum Einspritzventil 180 ersetzt werden können, wobei eine einzige Zweigleitung die kontinuierliche Dichtfluidleitung mit der Kammer 112 verbindet. In gleicher Weise können Kraftstoffleitungen 140 und 142 durch eine Leitung, die eine Fluidverbindung der Kraftstoffreguliereinrichtung 136 mit der Kammer 114 herstellt, und eine Kraftstoffleitung, die die Kammer 114 mit dem Einspritzventil 180 verbindet, ersetzt werden. Zahlreiche Kombinationen dieser Fluidleitungskonfigurationen funktionieren im vorliegenden Fluiddichtsystem.
  • Es ist verständlich, dass es für eine Reaktion auf Änderungen bei der Position des Kolbens 111, die so schnell wie möglich erfolgt, für das Druckausgleichsystem wünschenswert ist, dass Druckdifferentialen entgegengewirkt wird und die Position des Kolbens 111 im voreingestellten Bereich aufrechterhalten wird.
  • 2A stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines externen Druckausgleichsystems dar, wobei die Druckausgleichvorrichtung ein Fluidregulierventil 200 und eine Druckmessvorrichtung 205 aufweist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Fluidregulierventil 200 beispielsweise ein domartig geladenes Regulierventil sein, wie z.B. ein durch Kolben oder Membran betätigtes Drucksteuerventil. Anders als die Komponenten der Druckausgleichvorrichtung sind viele der Komponenten des Dichtfluid- und Kraftstoffeinspritzsystems ähnlich den Komponenten des in 1 gezeigten entsprechenden Systems. Beispielsweise pumpt die durch die Dichtfluidsteuereinheit 222 gesteuerte Pumpe 220 Dichtfluid zum Einspritzventil 280 über das Fluidregulierventil 200. Dichtfluid strömt zum Sauganschluss der Pumpe 220 vom Zuführtank 224 über die Dichtfluidleitung 226. Dichtfluid strömt von der Pumpe 220 zum Fluidregulierventil 200 über eine Dichtfluidleitung 227 und durch eine optionale Pulsierdämpfungseinrichtung 228. Die Druckentlastungsvorrichtung 225 kann ebenfalls in Fluidverbindung mit der Dichtfluidleitung 227 vorgesehen sein, um den Maximaldruck des Dichtfluids stromabwärts der Pumpe 220 zu begrenzen. Das Dichtfluid wird schließlich vom Fluidregulierventil 200 zum Einspritzventil 280 über eine Dichtfluidleitung 229 geleitet. Die dargestellten Komponenten des Kraftstoffzuführsystems, und zwar der Kraftstoffspeicher 232, die Kraftstoffreguliereinrichtung 236, die Leitung 240 und die elektronische Steuereinheit 241 entsprechen im Wesentlichen ähnlichen Komponenten von 1 (die durch Bezugszeichen 132, 136, 140 bzw. 141 identifiziert sind). Die Kraftstoffleitung 242, die von der Kraftstoffleitung 240 in Bezug auf das Fluid abzweigt, verbindet die Kraftstoffleitung 240 mit einer Steuerkammer (nicht gezeigt) des Fluidregulierventils 200. Auf diese Weise steht der Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung 240 mit dem Fluidregulierventil 200 in Verbindung.
  • Wenn der Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer des Fluidregulierventils 200 schwankt, steuert das Fluidregulierventil 200 den Druck in der Dichtfluidleitung 229 dynamisch, so dass dieser gleich dem Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung 240 oder geringfügig größer als dieser ist. Das Fluidregulierventil 200 steuert dadurch dynamisch den Dichtfluiddruck, damit dieser dem Druck des Kraftstoffs, der durch die Kraftstofffleitung 240 und in der Kraftstoffkammer des Einspritzventils 280 strömt, folgt. Wenn das Fluidregulierventil 200 ein membranbetätigtes Drucksteuerventil ist, kann dieses durch eine Feder vorgespannt werden, so dass der Dichtfluiddruck stromabwärts des Fluidregulierventils 200 immer geringfügig oberhalb des Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer liegt.
  • Der Drucksensor 205 kann beispielsweise ein Druckwandler oder eine andere bekannte Vorrichtung zum Messen des Drucks in einem Fluidkanal sein. Der Drucksensor 205 befindet sich an der Dichtfluidleitung 227 stromaufwärts des Fluidregulierventils 200. Der Drucksensor 205 bewirkt, dass ein elektronisches Signal, dass den erfassten Druck darstellt, zur Dichtfluidsteuereinheit 222 übertragen wird. Die Dichtfluidsteuereinheit 222 verwendet das Drucksignal zur Steuerpumpe 220. Die Dichtfluidsteuereinheit 222 ist so kalibriert, dass die Pumpe 220 den Druck in der Dichtfluidleitung 227 auf einem Pegel aufrechterhält, der oberhalb des maximalen erwarteten Kraftstoffdrucks, der durch die Kraftstoffreguliereinrichtung 236 zugeführt wird, und unterhalb des maximalen Drucks liegt, dem durch die Pumpe 220 und die Komponenten des Dichtfluidsystems stromabwärts der Pumpe 220 widerstanden werden kann.
  • Wenn der Kraftstoffdruck durch die elektronische Steuereinheit (ECU) 241, die die Kraftstoffreguliereinheit 236 steuert, verringert wird, wird die Druckänderung über die Kraftstoffleitung 242 zum Steuerkammer des Fluidregulierventils 200 sofort übertragen, das wiederum den Druck des Dichtfluids stromabwärts des Fluidregulierventils 200 verringert. Auf diese Weise wird der Druck in der Dichtfluidleitung 229 auf einem Pegel gehalten, der gleich dem Druck des Kraftstoffs in Leitung 240 oder geringfügig höher als dieser ist. Die Größe des Druckdifferentials hängt davon ab, wie das Fluidregulierventil 200 kalibriert wurde. Im umgekehrten Fall wird bei einer Erhöhung des Kraftstoffdrucks erneut die Druckänderung über die Kraftstoffleitung 242 zur Steuerkammer des Fluidregulierventils 200 sofort mitgeteilt, das wiederum den Druck in der Dichtfluidleitung 229 erhöht, so dass der Dichtfluiddruck erneut gleich dem Druck des Kraftstoffs in Leitung 240 oder geringfügig höher als dieser ist.
  • In Bezug auf 2A ist verständlich, dass die Kraftstoffleitungen 240 und 242 durch eine Kraftstoffleitung, die die Kraftstoffreguliereinrichtung 236 mit der Steuerkammer des Fluidregulierventils 200 verbindet, und eine zweite Leitung, die eine Fluidverbindung der Steuerkammer des Fluidregulierventils 200 mit dem Einspritzventil 280 herstellt, ersetzt werden können.
  • 2B ist eine alternative Anordnung des Ausführungsbeispiels von 2A. Äquivalente Komponenten dieser zwei Ausführungsbeispiele sind durch äquivalente Bezugszeichen identifiziert. Das Ausführungsbeispiel von 2B verwendet wie das Ausführungsbeispiel von 2A ein Fluidregulierventil 200, das betriebsfähig ist, um den Dichtfluiddruck in der Fluidddichtung zu steuern, indem der Druck und die Strömung des Dichtfluids in der Leitung 229 gesteuert werden. Jedoch verwendet das Ausführungsbeispiel von 2B eine Anordnung, bei der der Dichtfluiddruck stromaufwärts des Fluidreguierventils 200 gesteuert wird, indem der Betrag des Dichtfluids, der im Dichtfluidzuführsystem durch Leitung 230 erneut umgeführt wird, gesteuert wird. (m Ausführungsbeispiel von 2B kann die Pumpe 220 mit voller Kapazität betrieben wird, um sicherzustellen, dass ausreichendes Dichtfluid auf Anforderung verfügbar ist, wodurch die Komplexität des Steuersystems verringert wird, da eine Dichtfluidströmungs-Steuereinheit wie die Steuereinheit 222 in 2A nicht erforderlich ist. Im Ausführungsbeispiel von 2B ist ein Drucksensor 205 nicht erforder lich, um Daten zum Steuern der Pumpe 220 vorzusehen. Der Drucksensor 205 kann jedoch noch verwendet werden, um den Dichtfluiddruck zu überprüfen, damit abgesichert wird, dass das Fiuidregulierventil 200 richtig arbeitet.
  • 3A stellt ein noch weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Fluiddichtvorrichtung dar, die ein Fluidregulierventil 300 und eine Druckmessvorrichtung 305 aufweist. Wie das Fluidregulierventil 200 im Ausführungsbeispiel der 2A und 2B kann das Fluidregulierventil 300 ein domartig geladenes Regulierventil sein, wie z.B. ein membranbetätigtes Drucksteuerventil oder ein kolbenbetätigtes Drucksteuerventil. In diesem Ausführungsbeispiel steuert das Fluidregulierventil 300 die Strömung und den Druck des dem Einspritzventil 380 zugeführten Kraftstoffes. In diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch die dynamische Steuerung des Dichtfluiddrucks direkt durch die Motorlastbedingungen beherrscht. Der gewünschte Dichtfluiddruck ist kalibriert, um an den gewünschten Kraftstoffdruck für den Betriebsbereich der Motorlastbedingungen angepasst zu sein oder geringfügig höher als dieser zu sein. Wenn der Motor betrieben wird und der Dichtfluiddruck im Ansprechen auf die Motorlastbedingungen dynamisch gesteuert wird, wird der Kraftstoffdruck durch den Dichtfluiddruck indirekt gesteuert. D.h., dass das Dichtfluid durch Leitung 323 zu einer Steuerkammer des Fluidregulierventils 300 gerichtet wird. Der Druck des Dichtfluids in der Steuerkammer wirkt auf ein Steuerelement zum Regulieren der Strömung des Kraftstoffs durch das Fluidregulierventil 300 und weiter zum Einspritzventil 380. Dementsprechend ist in diesem Ausführungsbeispiel der Kraftstoffdruck durch das Steuern des Dichtfluiddrucks indirekt steuerbar. Dichtfluid strömt zur Pumpe 320 vom Zuführtank 324 über die Dichtfluidleitung 326. Die Pumpe 320 pumpt Dichtfluid durch die Dichtfluidleitung 327 und durch die optionale Pulsierdämpfungseinrichtung 328, bevor eine Strömung über die Dichtfluidleitung 329 zum Einspritzventil 380 erfolgt. Gemäß Vorbeschreibung sieht die Dichtfluidleitung 323 einen Fluidkanal zum Richten von Dichtfluid zu einer Steuerkammer des Fluidregulierventils 300 vor, um die Kraftstoffdrucksteuerung mit dem Druck in der Dichtfluidleitung 329 zu verbinden.
  • Wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird im Ausführungsbeispiel von 3A der Kraftstoff zu einem Speicher 332 von einem herkömmlichen Kraftstoffzuführsystem geführt. Im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel strömt Kraftstoff vom Speicher 332 über die Kraftstoffleitung 340 zum Fluidregulierventil 300. Wenn der Dichtfluiddruck in der Steuerkammer des Fluidregulierventils 300 schwankt, stellt das Fluidregulierventil 300 den Kraftstoffdruck dementsprechend ein. Das Fluidregulierventil 300 kann beispielsweise durch eine Feder vorgespannt sein, so dass der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung 343 immer gleich dem Druck in der Dichtfluidleitung 323 oder geringfügig kleiner als dieser ist.
  • Wenn eine Änderung des Kraftstoffeinspritzdrucks entsprechend den Motorlastbedingungen oder Motordrehzahlanforderungen erforderlich ist, stellt die Pumpe 320, die durch die Pumpenströmungsreguliereinrichtung 322 gesteuert ist, den Druck des Dichtfluid auf den gewünschten Pegel ist. Da der Dichtfluiddruck auf das Fluidregulierventil 300 wirkt, passt sich der Kraftstoffdruck automatisch an Änderungen des Dichtfluiddrucks an, wobei der Dichtfluiddruck vorzugsweise geringfügig oberhalb von dem des Kraftstoffdruck bleibt. Eine Druckmessvorrichtung 305, die beispielsweise ein Druckwandler sein kann, ist in der Dichtfluidleitung 327 oder 323 vorgesehen. Die Druckmessvorrichtung 305 stellt eine Verbindung des Drucks des Dichtfluid stromaufwärts des Fluidregulierventils 300 mit der Dichtfluidströmungs-Steuereinheit 322 her. Somit kann die Dichtfluidströmungs-Steuereinheit 322 die Pumpe 320 steuern, damit sich der Dichtfluiddruck und daher der Kraftstoffdruck entsprechend den Motorbetriebsbedingungen, wie z.B. Motorlast und -drehzahl, ändern.
  • Es ist verständlich, dass bezüglich 3A Dichtfluidleitungen 323 und 329 durch eine Dichtfluidleitung, die eine Fluidverbindung der Pulsierdämpfungseinrichtung 328 mit der Steuerkammer des Fluidregulierventils 300 herstellt, und eine zweite Dichtfluidleitung, die die Fluidverbindung der Steuerkammer des Fluidregulierventils 300 mit dem Einspritzventil 380 herstellt, ersetzt werden können.
  • 3B zeigt eine alternative Anordnung zum Ausführungsbeispiel von 3A. Äquivalente Komponenten dieser zwei Ausführungsbeispiele sind durch äquivalente Bezugszeichen identifiziert. Bei dem Ausführungsbeispiel von 3B wird wie beim Ausführungsbeispiel von 3A ein Fluidregulierventil 300 verwendet, das betriebsfähig ist, um den Kraftstoffdruck im Einspritzventil 380 zu steuern, indem der Druck und die Strömung von Kraftstoff in der Leitung 343 gesteuert werden. Das Ausführungsbeispiel von 3B verwendet jedoch eine Anordnung, bei der der Dichtfluiddruck stromaufwärts der Fluiddichtung im Einspritzventil 380 durch ein gesteuertes Erneut-Umführung-Steuerventil 331 gesteuert wird, das die Menge an Dichtfluid steuert, die im Dichtfluidzuführsystem durch Leitung 330 erneut umgeführt wird. Im Ausführungsbeispiel von 3B kann die Pumpe 320 mit voller Kapazität betrieben werden, um sicherzustellen, dass ein ausreichendes Dichtfluid auf Anfrage zur Verfügung steht. Das heißt, dass die Pumpe 320 eine Pumpe mit fester oder variabler Drehzahl ist, obwohl die Pumpendrehzahl nicht direkt durch den Fluiddruck in der vorliegenden Fluiddichtvorrichtung gesteuert wird. Auf diese Weise wird die Komplexität des Steuersystems verringert, da eine Dichtfluidströmung-Steuereinheit wie die Steuereinheit 322 in 3A nicht erforderlich ist.
  • Im Ausführungsbeispiel von 3B ist der Drucksensor 305 nicht erforderlich, um Daten zum Steuern der Pumpe 320 vorzusehen. Während das Erneutumführ-Steuerventil 331 eine Drucksteuerung im Dichtfluidzuführsystem vorsieht, kann das Druckentlastungsventil 325 noch verwendet werden, um einen zusätzliche Sicherung zum Schützen gegenüber übermäßigen Dichtfluiddruck vorzusehen. Aus dem Ausführungsbeispiel von 3B ergibt sich ebenfalls, dass der Drucksensor 305 nicht erforderlich ist, um Daten zum Steuern der Dichtfluidpumpe 320 vorzusehen. Es kann jedoch ein Drucksensor 305 noch erforderlich sein, um zu überprüfen, ob das Erneutumführ-Steuerventil richtig arbeitet.
  • 4 ist ein Teilschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffeinspritzventils, das verwendet werden kann, um Kraftstoff in die Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine einzuführen. Das Einspritzventil 480 hat eine Fluiddichtung, die mit einem Dichtfluidzuführsystem, wie z.B. einem der in den 1 bis 3B dargestellten Ausführungsbeispiele, in Fluidverbindung stehen kann. Das Einspritzventil 480 von 4 weist eine Ventilspitze 482, ein Innengehäuse 484 und ein Außengehäuse 486 auf. Das Einspritzventil 480 ist vorzugsweise ein Nadelventil und weist ferner eine Ventilnadel 488 auf, die zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position hin- und hergeht, um zu gestatten, dass der Kraftstoff durch die Düsenöffnungen 480 in der Ventilspitze 482 geht. In der geschlossenen Position berührt ein aktives Ende der Ventilnadel 488, das eine Dichtfläche aufweist, eine Fläche der Ventilspitze 482, die herkömmlich als Ventil"sitz" bekannt ist, um eine fluiddichte Dichtung vorzusehen. In der offenen Position wird die Ventilnadel 488 bewegt, so dass die Dichtfläche der Ventilnadel 488 von dem Ventilsitz beanstandet ist. Die Ventilnadel 488 wird durch Feder 491, die einem Ende der Ventilnadel 488, das zum aktiven Ende entgegengesetzt liegt, zugeordnet ist, in die geschlossene Position vorgespannt. Wie es im Ausführungsbeispiel von 4 gezeigt ist, befindet sich ein Ende der Ventilnadel 488 in einer Bohrung, die im Innengehäuse 484 vorge sehen ist, und erstreckt sich das entgegengesetzte Ende in die Kraftstoffkammer 492.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Kraftstoffkammer 492 während der Motorbetriebes mit einem unter Druck gesetzten gasförmigen Kraftstoff wie Erdgas bei einem Druck von beispielsweise 3000 Pfund je Quadratzoll (psi) (ungefähr 20,7 MPa) kontinuierlich geladen. Die Kraftstoffkammer 492 steht über den Fluidkanal 493 mit einer Quelle an gasförmigem Hochdruckkraftstoff, wie z.B. einem der Kraftstoffzuführsysteme der 1 bis 3B, in Fluidverbindung. Der Druck des gasförmigen Kraftstoffs kann in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen, wie der Motorlast und der Motordrehzahl schwanken.
  • Das dargestellte Einspritzventil 480 ist hydraulisch betätigt. Dementsprechend wird zum Öffnen des Einspritzventils 480 ein Hochdruck-Hydraulikflid durch den Fluidkanal 494 zur Betätigungskammer 495 geführt. Wenn der Druck des Hydraulikfluids in der Betätigungskammer 495 ausreichend ist, um die Schließkraft zu überwinden, die auf die Ventilnadel 499 durch die Feder 491 aufgebracht wird, hebt sich die Ventilnadel 499 vom Ventilsitz in die offene Position an, um ein Einspritzen des gasförmigen Kraftstoffes in die Verbrennungskammer über die Düsenöffnungen 490 zu gestatten. Zum Schließen des Einspritzventils 480 wird das unter Druck gesetzte Hydraulikfluid aus der Betätigungskammer 495 abgezogen, so dass die Feder 491 erneut arbeitet, um die Ventilnadel 488 in die geschlossene Position zurückzuführen.
  • Das unter Druck gesetzte Dichtfluid strömt über den Kanal 498 in die Ringnut 499 in der Fläche der Ventilnadelbohrung, die im Innengehäuse 484 vorgesehen ist. Alternativ dazu kann die Ringnut 499 in der Fläche der Ventilnadel 488 vorgesehen sein. Ferner kann eine schraubenförmige Nut oder eine Nut mit anderer Form verwendet werden. Wenn das unter Druck gesetzte Dichtfluid die Ringnut 499 einnimmt, bildet diese eine Fluiddichtung. Die Fluiddichtung verhindert, dass gasförmiger Hochdruckkraftstoff durch den Zwischenraumspalt zwischen der beweglichen Ventilnadel 488 und dem Innengehäuse 484 leckt. Der Druck des Dichtfluids wird auf einem Druck gehalten, der gleich dem Druck des gasförmigen Kraftstoffes in der Kraftstoffkammer 492 oder geringfügig höher als dieser ist, so dass das Dichtfluid mit höherem Druck eine Fluidsperre gegenüber dem gasförmigen Kraftstoff mit niedrigerem Druck vor sieht. Auf diese Weise verhindert die Fluiddichtung, dass gasförmiger Kraftstoff in die Hydraulikfluidbetätigungskammer 495 leckt.
  • Die Fluidströmung im schmalen Zwischenraumspalt ist laminar oder begrenzt, wodurch eine Leckage des Dichtfluids in die Kraftstoffkammer 492 und die Betätigungskammer 495 unterbunden wir. Durch die Erhöhung der Länge der Ventilnadel 488 und der entsprechenden Bohrung im Innengehäuse 484 und durch die Verringerung der Druckdifferenz zwischen dem Dichtfluid in der Ringnut 499 und dem gasförmigen Kraftstoff in der Kraftstoffkammer 492 kann die Menge an Dichtfluid, die in die Kraftstoffkammer 492 abgelassen wird, verringert werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Dichtfluid ebenfalls als Schmierstoff wirken und kann dieses das gleiche Fluid wie das Hydraulikfluid sein.
  • Dieselkraftstoff ist ein Beispiel für ein geeignetes Dichtfluid. Andere geeignete Dichtfluide können verwendet werden, wie Hydraulikfluid. Jedoch ist Dieselkraftstoff ein bevorzugtes Dichtfluid für Dualkraftstoffmotoren, da dieses bereits vom Vorsteuerkraftstoffzuführsystem zur Verfügung steht und da Dieselkraftstoff, der aus der Fluiddichtung in den gasförmigen Kraftstoff leckt, in der Motorverbrennungskammer verbrannt wird. Das Dichtfluid wird von einem Dichtfluidzuführsystem, das mit einem Dichtfluidzuführsystem in Fluidverbindung steht, wie das in den 1 bis 3B gezeigte, unter Druck gesetzt und zur Leitung 498 geführt. Die Fluiddichtvorrichtung weist eine Druckausgleichvorrichtung auf und steuert dynamisch den Druck des Dichtfluids in der Ringnut 499, so dass dieser gleich dem Druck des gasförmigen Kraftstoffs in der Kraftstoffkammer 492 oder größer als dieser (jedoch so nah wie möglich an diesem) ist.
  • In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann eine optionale zweite Ringnut (nicht gezeigt) in der Wand der Ventilnadelbohrung vorgesehen sein, die ähnlich der Ringnut 499 ist. Die zweite Ringnut befindet sich vorzugsweise zwischen der Ringnut 499 und der Betätigungskammer 495 und zu diesen beabstandet. In dieser Position sammelt sich Dichtfluid, das aus der Ringnut 499 zur Betätigungskammer 495 leckt, in der zweiten Ringnut, die mit einem Entlüftungskanal oder Rückgewinnungskanal (nicht gezeigt) in Fluidverbindung stehen kann.
  • Unter weitere Bezugnahme auf 4 wird, wenn der Motor unter Last steht, der Kraftstoff durch die Düsenöffnungen 480 auf einer kontinuierlichen Basis periodisch freigegeben. Im Ergebnis ist der Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffkammer 492 geringfügig niedriger als sein Druck unmittelbar stromabwärts der Kraftstoffreguliereinrichtung (beispielsweise der Kraftstoffreguliereinrichtung 136 in 1). Da die externe Druckausgleichvorrichtung den Dichtfluiddruck mit dem Kraftstoffdruck unmittelbar stromabwärts der Kraftstoffreguliereinrichtung ausgleicht, ist, wenn der Dichtfluiddruck gesteuert wird, so dass dieser im Wesentlichen gleich an der Druckausgleichvorrichtung oder geringfügig höher an dieser ist, bei einem Betrieb des Einspritzventils 480 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer, der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer 492 niedriger als der Dichtfluiddruck in der Ringnut 499. Auf diese Weise sieht die externe Dynamikdruck-Ausgleichvorrichtung ein geringes Druckdifferential automatisch vor, das die Abdichtung effizienter macht, da ein Dichtfluiddruck der geringfügig höher als der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer 492 ist, zum Verhindern von Leckage wünschenswert ist. Jedoch kann die Druckausgleichvorrichtung zusätzliche Merkmale aufweisen, um sicherzustellen, dass der Dichtfluiddruck in der Ringnut 499 größer als der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer 492 ist. Da ein Schwanken des Kraftstoffdrucks erwartet wird, kann es wünschenswert sein, eine Sicherheitsmarge zum Verhindern der Kraftstoffleckage aus der Kraftstoffkammer 492 vorzusehen, wodurch noch immer eine dynamische Drucksteuerung verwendet wird, um ein übermäßiges Ablassen des Dichtfluids in die Kraftstoffkammer 492 zu beseitigen.
  • Beispielsweise kann unter erneuter Bezugnahem auf 1 die Druckausgleichvorrichtung 100 einen Kolben verwendet, der ungleiche effektive Endflächenbereiche mit kleinerem effektiven Flächenbereich, der zur Kammer 112 weist, hat, so dass das Gleichgewicht aufrechterhalten wird, wenn der Dichtfluiddruck in der Kammer 112 höher als der Kraftstoffdruck in der Kammer 114 ist. Die Kolbenstange befindet sich vorzugsweise an der Seite des Kolbens 111, die zur Kammer 112 weist (wie es in 1 gezeigt ist), um den effektiven Flächenbereich an der Seite des Kolbens 111 zu verringern. Der effektive Kolbenflächenbereich, der zur Kammer 112 weist, kann verringert werden, beispielsweise, indem der Durchmesser der Kolbenstange erhöht wird. Bezüglich der Druckausgleichvorrichtung 100 und der Fluidregulierventile 200 und 300, die vorstehend beschrieben sind, kann ein Federmechanismus kalibriert werden, um einen Dichtfluiddruck in der Ringnut 499 vorzusehen, der höher als der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer 492 ist.
  • Gemäß Vorbeschreibung weisen andere Merkmale zur Verringern der Kraftstoffleckage und des Dichtfluidablassens die Verringerung des Durchmesserzwischenraums zwischen der Bohrung im Innengehäuse 484 und der Ventilnadel 488 und die Erhöhung der Länge der Bohrung auf.
  • Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Systems wird umgesetzt, wenn sich der Motor in einem Kraftstoffunterbrechungszustand im Leerlauf befindet. Während des Kraftstoffunterbrechungszustandes wird der Kraftstoff, der in der Kraftstoffkammer 492 vorliegt, keinen Einspritzzyklen unterworfen, um das Ablassen von Dichtfluid in die Kraftstoffkammer zu verringern, es ist wünschenswert den Dichtfluiddruck mit dem Kraftstoffdruck an der Druckausgleichvorrichtung auszugleichen, so dass der Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffkammer 492 mit dem Druck des Dichtfluids in der Ringnut 499 im Wesentlichen ausgeglichen ist. In ähnlicher Weise ist es, wenn die Druckausgleichvorrichtung kalibriert ist, um eine geringe Druckdifferenz vorzusehen, damit ein höherer Dichtfluiddruck aufrechterhalten wird, wünschenswert, dieses Druckdifferential zu verringern, wenn die Kraftstoffkammer 492 keinen Einspritzzyklen ausgesetzt ist. Die vorliegende Erfindung sieht die Flexibilität vor, um den Dichtfluiddruck dynamisch zu steuern, damit der Dichtfluiddruck mit dem Kraftstoffdruck ausgeglichen ist, woraus sich eine Verringerung der Menge an Dichtfluid ergibt, die sich in der Kraftstoffkammer 492 während der Abschaltzustände ansammelt.
  • Das vorliegende Fluiddichtsystem kann ebenfalls mit anderen Typen an Einspritzventilen verwendet werden, die Hochdruckkraftstoffe in die Verbrennungskammern von Brennkraftmaschinen einspritzen. Beispielsweise kann das vorliegende Fluiddichtsystem statt mit dem dargestellten Einspritzventil 480, das die Ventilnadel 488 in eine Richtung von der Motorverbrennungskammer weg anhebt, mit Ventilkegel-Typ-Einspritzventilen verwendet werden, bei denen eine hydraulische Betätigungseinrichtung Verwendung findet, um einen Ventilschaft zur Motorverbrennungskammer zum Einspritzen von gasförmigem Kraftstoff verwendet wird.
  • 5 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffeinspritzventils dar, bei dem eine Fluiddichtung Verwendung findet. In 5 weist ein Einspritzventil 580 eine Ventilspitze 582, ein Innengehäuse 584, ein Außengehäuse 586 und eine Feder 591 auf, die alle ähnlich den entsprechend bezeichneten, in 4 dargestellten Komponenten sind und durch Bezugszeichen 482, 484, 486 und 491 bezeichnet sind. Das dargstellte Einspritzventil 580 weist fer ner eine konzentrische Einspritzventilanordnung von dem Typ auf, die in der Anmeldung 09/075.060 mit gleichem Inhaber offenbar ist und die eine äußere Ventilnadel 558 und eine innere Ventilnadel 589 aufweist. Der Primärkraftstoff, der durch die äußere Ventilnadel 588 gesteuert wird, wird in die Motorverbrennungskammer durch eine Primärkraftstoffdüsenöffnung 580a eingeführt, wenn die Ventilnadel 588 vom Ventilsitz in der Ventilspitze 582 abgehoben ist, Der Sekundärkraftstoff wird in die Motorverbrennungskammer durch eine Sekundärkraftstoffdüsenöffnung 589b eingeführt, wenn die innere Ventilnadel 589 vom Ventilsitz in der äußeren Ventilnadel 588 abgehoben ist.
  • Das Einspritzventil 580 weist ferner eine Primärkraftstoffkammer 592 auf, durch die der Primärkraftstoff während der Einspritzereignisse strömt und in der der Primärkraftstoff zwischen den Einspritzereignissen vorliegt. Der Primärkraftstoff wird zur Kraftstoffkammer 592 durch den Fluidkanal 593 von einem Kraftstoffzuführsystem gerichtet, das mit einem Dichtfluidzuführsystem in Fluidverbindung steht, wie die in den 1 bis 3B gezeigten Ausführungsbeispiele. Das Hydraulikfluid strömt durch den Fluidkanal 594 zur Betätigungskammer 595 und von dieser, um eine Betätigungskraft entgegen der Feder 591a vorzusehen, um das Einspritzventil zu gewünschten Zeiten zu öffnen. Der Sekundärkraftstoff strömt durch den Sekundärkraftstoffluidkanal 596 in das hohle Innere der äußeren Ventilnadel 588. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sieht der Druck des Sekundärkraftstoffes die Hubkraft vor, die notwendig ist, um die Innenfeder 591b zusammenzudrücken und die Innenventilnadel 589 vom Ventilsitz in der Außenventilnadel 588 weg zu heben. Beispielsweise kann ein Sekundärkraftstoffdruckpuls den Momentandruck vorsehen, der zum Anheben der inneren Ventilnadel 589 erforderlich ist, um ein Einspritzen des sekundären Kraftstoffs durch die Düsenöffnungen 580b zu gestatten. Die Dichtfluidleitung 598 stellt die Fluidverbindung von der Ringnut 599 zu einem Dichtfluidzuführsystem und der Druckausgleichvorrichtung her, wie die in den 1 bis 3B dargestellten.
  • Wenn der Sekundärkraftstoff eine Flüssigkeit ist, beispielsweise ein Dieselkraftstoff, kann der Sekundärkraftstoff geeigneterweise als das Dichtfluid verwendet werden. Druckdichtfluid wird zur Ringnut 599 in der Wand der Bohrung im Innengehäuse 584 vorgesehen, in dem sich die äußere Ventilnadel 588 befindet. Ein Sekundärkraftstoff, wie z.B. Dieselkraftstoff, kann beispielsweise als ein Vorsteuerkraftstoff zum Unterstützen der Einleitung der Verbrennung des gasförmigen Kraftstoffs verwendet werden.
  • Die Ringnut 599 ist so positioniert, dass die Fluiddichtung eine Leckage des Primärkraftstoffs in den Sekundärkraftstoffluidkanal 596 und die Hydraulikfluidbetätigungskammer 595 verhindert. Der Druck des Primärkraftstoffs kann entsprechend der Motorlast und Motorgeschwindigkeit schwanken. In der vorliegenden Fluiddichtvorrichtung ist der Druck des Dichtfluids vorzugsweise mit dem Druck des Primärkraftstoffs in einer externen Druckausgleichvorrichtung ausgeglichen, so dass der Dichtfluiddruck in der Ringnut 599 gleich dem Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffkammer 592 oder geringfügig größer als dieser ist.
  • Das vorliegende Fluiddichtsystem kann auf andere Typen an Dual-Kraftstoffeinspritzventilen angewendet werden, einschließlich andere Anordnungen von Nadel-Typ-Einspritzventile oder Ventilkegel-Typ-Ventile, wobei der Ventilschaft sich zur Motorverbrennungskammer hin bewegt, um das Ventil zu öffnen.
  • Obwohl die illustrierenden Beispiele der vorliegenden mechanischen Vorrichtung auf hydraulisch betätigte Gas- und Dual-Kraftoff-Einspritzventile gerichtet sind, können die Prinzipien der Erfindung auf andere mechanische Vorrichtungen angewendet werden, bei denen Fluiddichtungen zwischen beweglichen Teilen verwendet werden, beispielsweise Direktenspritz-Kraftstoffeinspritzventile, die durch magnetostriktive, piezolektrische oder Magnetspulen-Betätigungseinrichtungen betätigt werden.
  • Zusätzliche bekannte Komponenten von Kraftstoffsysteme, beispielsweise Filter, Druckentlastungsventile, Abschalt- und Anlasseinspritzungsventile können natürlich in Kombination mit der vorliegenden Fluiddichtvorrichtung verwendet werden.

Claims (49)

  1. Eine mechanische Vorrichtung, die eine Kraftstoffkammer (492, 592) aufweist, die mit einem Kraftstoffzuführsystem in Fluidverbindung steht, wobei die mechanische Vorrichtung ferner eine bewegliche Komponente (488, 588) aufweist, die sich durch eine Öffnung in einer Wand der Kraftstoffkammer (492, 592) erstreckt, wobei die mechanische Vorrichtung aufweist: eine Fluiddichtvorrichtung mit einem Hohlraum (499, 599), der in der mechanischen Vorrichtung ausgebildet ist, wobei der Hohlraum mit einem zwischen der Wand und der beweglichen Komponente (488, 588) ausgebildeten Zwischenraum in Fluidverbindung steht, wodurch verhindert wird, das Kraftstoff in der Kraftstoffkammer (492, 592) durch den Zwischenraum leckt, wobei die Fluiddichtung mit einem Dichtfluid-Zuführsystem in Fluidverbindung steht, eine Druckausgleichvorrichtung (100, 200, 300), die aufweist eine erste Kammer (112) in Fluidverbindung mit dem Dichtfluid im Dichtfluid-Zuführsystem, eine zweite Kammer (114), die bezüglich der ersten Kammer im Wesentlichen in Fluidisolierung vorgesehen ist und mit Kraftstoff im Kraftstoffzuführsystem in Fluidverbindung steht, und ein Steuerelement (111), das im Ansprechen auf Änderungen bei dem Druck in zumindest einer der Kammern erste und zweite Kammer beweglich ist, wobei der Dichtfluiddruck in der Fluiddichtung in Koordinierung mit Bewegungen des Steuerelements (111) dynamisch steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet dass die mechanische Vorrichtung zusätzlich eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen der mechanischen Vorrichtung aufweist, um die bewegliche Komponente (488, 588) zu bewegen, während der Dichtfluiddruck im Hohlraum (499, 599) mit dem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer (492, 592) ausgeglichen wird.
  2. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 1, wobei die Druckausgleichvorrichtung (100, 200, 300) betriebsfähig ist, um den Differentialfluiddruck zwischen dem Dichtfluiddruck in dem Fluiddichthohlraum (499, 599) und dem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer (492, 592) zu verringern.
  3. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 1, wobei das Steuerelement (111) beweglich ist, um den Dichtfluiddruck in dem Fluiddichthohlraum (499, 599) im Ansprechen auf Änderungen des Kraftstoffdrucks in der zweiten Kammer (114) einzustellen.
  4. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 1, wobei das Steuerelement (111) beweglich ist, um den Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer (492, 592) im Ansprechen auf Änderungen des Dichtfluiddrucks in der ersten Kammer (112) einzustellen.
  5. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 1, wobei das Kraftstoffzuführsystem ferner eine steuerbare Kraftstoffdruck-Reguliereinrichtung (136, 236) zum Regulieren des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffkammer (492, 592) im Ansprechen auf Änderungen der Motorlast aufweist.
  6. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 1, wobei der Kraftstoff ein gasförmiger Kraftstoff ist.
  7. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 6, wobei der gasförmige Kraftstoff aus der Gruppe aus Erdgas, Wasserstoff und verflüssigtem Erdölgas ausgewählt ist.
  8. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 1, wobei die mechanische Vorrichtung ein Kraftstoffeinspritzventil (180, 280, 380, 480, 580) für eine Brennkraftmaschine ist.
  9. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 8, wobei die bewegliche Komponente eine Ventilnadel (488, 588) ist, die zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position zum Einspritzen von Kraftstoff von der Kraftstoffkammer (492, 592) durch zumindest eine Düsenöffnung (490, 590a) in eine Verbrennungskammer des Motors beweglich ist.
  10. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 8, wobei die Druckausgleichvorrichtung (100, 200, 300) zum Kraftstoffeinspritzventil (180, 280, 380, 480, 580) extern ist.
  11. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 1, wobei die Druckausgleichvorrichtung (100) einen Zylinder (110) aufweist und das Steuerelement einen Kolben (111), der im Zylinder (110) beweglich ist, wobei der Kolben (111) die erste Kammer (112) von der zweiten Kammer (114) trennt.
  12. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 11, wobei die Druckausgleichvorrichtung (100) vorgespannt ist, so dass der Kolben (111) im Gleichgewicht ist, wenn der Dichtfluiddruck in der ersten Kammer (112) einen vorbestimmten Betrag höher als der Kraftstoffdruck in der zweiten Kammer (114) ist.
  13. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 12, wobei eine Feder verwendet wird, um die Druckausgleichvorrichtung (100) vorzuspannen.
  14. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 12, wobei die Druckausgleichvorrichtung durch den Kolben (111) vorgespannt ist, der einen ersten wirksamen Flächenbereich hat, der zur ersten Kammer (112) weist und der kleiner als ein zweiter wirksamer Flächenbereich, der zur zweiten Kammer (114) weist, ist.
  15. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 11, die ferner einen Sensor (118) zum Erfassen der Bewegung oder der Position des Kolbens (111) im Zylinder (110) und Aussenden eines Signals, das die Kolbenbewegung oder -position darstellt, zu einer Dichtfluid-Steuereinheit (122), die die Zuführung von Dichtfluid zur ersten Kammer (112) im Ansprechen auf das Signal steuert, aufweist.
  16. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 15, wobei die Druckausgleichvorrichtung (100) ferner eine Kolbenstange aufweist, die dem Kolben (111) zugeordnet ist und die sich durch die erste Kammer (112) und aus dem Zylinder (110) erstreckt.
  17. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 16, wobei der Sensor (118) ein Positionssensor ist, der die Position der Kolbenstange erfasst, um die Position des Kolbens (111) zu bestimmen.
  18. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 15, wobei die Dichtfluid-Steuereinheit (122) eine Dichtfluidpumpe (120) steuert, die steuerbar ist, um den Dichtfluiddruck in der ersten Kammer (112) zu steuern.
  19. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 18, die ferner einen Pulsierungsdämpfer (128) stromabwärts von der Pumpe (120) und stromaufwärts von der Druckausgleichvorrichtung (100) aufweist.
  20. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 1, wobei das Dichtfluid eine Flüssigkeit ist.
  21. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 20, wobei das Dichtfluid Dieselkraftstoff ist.
  22. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 1, wobei die Druckausgleichvorrichtung ein Fluidregulierventil (200) aufweist, das einen Fluidkanal aufweist, der öffnenbar ist, um die Strömung von Dichtfluid durch den Fluidkanal und zur Fluiddichtung zu steuern, wobei der Fluidkanal die erste Kammer aufweist, wobei die zweite Kammer eine Steuerkammer ist, die mit dem Kraftstoffzuführsystem in Fluidverbindung steht und das Steuerelement im Ansprechen auf Änderungen bei dem Kraftstoffdruck in der Steuerkammer beweglich ist.
  23. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 22, wobei das Steuerelement eine Membran aufweist und das Fluidregulierventil (200) ein membranbetätigtes Drucksteuerventil ist, wobei die Membran im Ansprechen auf Änderungen bei dem Kraftstoffdruck in der Steuerkammer verformbar ist.
  24. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 22, wobei die Steuerkammer ein Zylinder ist und das Steuerelement einen Kolben aufweist, der im Zylinder beweglich ist.
  25. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 22, wobei das Fluidregulierventil (200) betätigbar ist, um den Dichtfluiddruck stromabwärts des Fluidregulierventils zu steuern, um gleich dem Kraftstoffdruck in der zweiten Kammer oder größer als dieser zu sein, wobei die Vorrichtung ferner aufweist: (c) einen Sensor (205) zum Erfassen des Dichtfluiddrucks an einem Ort in dem Dichtfluid-Zuführsystem stromabwärts von einer Dichtfluidpumpe (220) und zum Aussenden einen Signals, das den Dichtfluiddruck darstellt, und (d) eine Dichtfluid-Strömung-Steuereinheit in Verbindung mit dem Sensor zum Aufnehmen des Signals, wobei die Steuereinheit die Dichtfluidpumpe (220) im Ansprechen auf das Signal steuert, um den Dichtfluiddruck an dem Ort des Sensors auf einem Druck zu halten, der höher als der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer ist.
  26. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 25, wobei der Sensor (205) stromaufwärts von dem Fluidregulierventil (200) vorgesehen ist.
  27. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 25, wobei der Sensor (205) einen Druckwandler aufweist.
  28. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 25, die ferner eine Pulsierungs-Dämpfungseinrichtung (228) stromabwärts von der Pumpe (220) und stromaufwärts von dem Fluidregulierventil (200) aufweist.
  29. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 22, wobei das Fluidregulierventil betriebsfähig ist, um die erneute Umführung des Dichtfluids in dem Dichtfluid-Zuführsystem zu steuern, um den Dichtfluiddruck stromaufwärts des Fluidregulierventils (200) zu steuern, so dass dieser gleich dem Kraftstoffdruck in der zweiten Kammer oder größer als dieser ist.
  30. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 29, die ferner einen Sensor (205) zum Erfassen des Dichtfluiddrucks an einem Ort in dem Dichtfluidzuführsystem zwischen einer Dichtfluidpumpe (220) und dem Fluidregulierventil (200) aufweist.
  31. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 1, wobei die Druckausgleichvorrichtung ein Fluidregulierventil (300) aufweist, das betriebsfähig ist, um die Strömung von Kraftstoff, der zur Kraftstoffkammer strömt, zu steuern, so dass der Druck in der Kraftstoffkammer kleiner als der Druck in der Fluiddichtung oder gleich diesem ist, wobei die erste Kammer eine Steuerkammer ist, die mit dem Dichtfluidzuführsystem in Fluidverbindung steht, wobei die zweite Kammer in einem Fluidkanal in dem Fluidregulierventil (300) vorgesehen ist, das öffnenbar ist, um die Strömung von Kraftstoff durch den Fluidkanal zu steuern, und das Steuerelement im Ansprechen auf Änderungen bei dem Dichtfluiddruck in der Steuerkammer beweglich ist.
  32. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 31, wobei das Steuerelement eine Membran aufweist und das Fluidregulierventil (300) ein membranbetätigtes Drucksteuerventil ist, wobei die Membran im Ansprechen auf Änderungen bei dem Dichtfluiddruck in der Steuerkammer verformbar ist.
  33. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 31, wobei die Steuerkammer ein Zylinder ist und das Steuerelement einen Kolben aufweist, der im Zylinder beweglich ist.
  34. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 31, die ferner aufweist (c) einen Sensor (305) zum Erfassen des Dichtfluiddrucks an einem Ort in dem Dichtfluidzuführsystem stromabwärts von einer Dichtfluidpumpe (320) und zum Aussenden eines Signals, das einen Dichtfluiddruck an dem Sensorort darstellt, und (d) eine Dichtfluid-Strömung-Steuereinheit (322) in Verbindung mit dem Sensor zum Aufnehmen des Signals und von Daten, die sich auf Motorbetriebsbedingungen beziehen, wobei die Steuereinheit (322) kalibriert ist, um eine Dichtfluidpumpe (320) im Ansprechen auf das Signal und die Motorbetriebsbedingungsdaten zum Vorsehen eines Dichtfluiddrucks in der Fluiddichtung, der durch die Motorbetriebsbedingungen vorbestimmt ist, zu steuern.
  35. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 34, wobei das Dichtfluidzuführsystem einen Erneut-Umführ-Kreis (330) und ein Strömungssteuerventil (331) aufweist, das steuerbar ist, um den Dichtfluiddruck in der Fluiddichtung zu steuern, indem der Betrag des Dichtfluids, der in dem Dichtfluidzuführsystem erneut umgeführt wird, gesteuert wird.
  36. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 34, wobei der Sensor stromaufwärts von dem Fluidregulierventil vorgesehen ist.
  37. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 36, wobei der Sensor (305) einen Druckwandler aufweist.
  38. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 36, die ferner eine Pulsierungs-Dämpfungseinrichtung (328) stromabwärts von der Pumpe und stromaufwärts von dem Fluidregulierventil (300) aufweist.
  39. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 1, die ferner einen Druckentlastungsumlauf aufweist, der einen Fluidkanal zum Rückgewinnen des Dichtfluids in dem Dichtfluidzuführsystem, wenn der Dichtfluiddruck in der Fluiddichtung größer als ein vorbestimmter Wert ist, aufweist.
  40. Die mechanische Vorrichtung von Anspruch 39, wobei der Druckentlastungsumlauf ferner ein Druckentlastungsventil (325) zum automatischen Steuern der Menge des Dichtfluids, die rückgewonnen wird, aufweist.
  41. Die mechanische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betätigungseinrichtung eine magnetorestriktive, eine piezoelektrische oder eine Magnet-Betätigungseinrichtung ist.
  42. Ein Verfahren zum dynamischen Steuern des Dichtfluiddrucks in einer Fluiddichtung (499, 599), die ein Abdichten einer Kraftstoffkammer (492, 592) in einem Einspritzventil (180, 280, 380, 480, 580) für eine Brennkraftmaschine vorsieht, wobei das Einspritzventil eine bewegliche Komponente (488, 588) aufweist, die durch eine Öffnung in einer Wand der Kraftstoffkammer (492, 592) dringt, wobei die Fluiddichtung dadurch ein Abdichten vorsieht, dass diese in der Öffnung angeordnet ist, um zu verhindern, dass Kraftstoff durch einen Zwischenraum zwischen der beweglichen Komponente und der Öffnung leckt, wobei das Verfahren aufweist: dynamisches Steuern des Dichtfluiddrucks in der Fluiddichtung (499, 599), so dass dieser gleich einem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer (492, 592) oder einen vorbestimmten Betrag höher als dieser ist, indem der Dichtfluiddruck stromaufwärts der Fluiddichtung mit dem Kraftstoffdruck stromaufwärts der Kraftstoffkammer (492, 592) ausgeglichen wird, und gekennzeichnet durch Betätigungsbewegungen der beweglichen Komponente (488, 588), während der Dichtfluiddruck in dem Hohlraum (499, 599) mit dem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer (492, 592) ausgeglichen wird.
  43. Das Verfahren von Anspruch 42, wobei der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer (492, 592) gesteuert wird, um sich im Ansprechen auf Änderungen bei den Motorlastbedingungen zu ändern.
  44. Das Verfahren von Anspruch 42, das ferner aufweist Steuern des Dichtfluiddrucks im Ansprechen auf die momentane Motorlastbedingung, wobei das Verfahren ferner aufweist: (c) Steuern des Dichtfluiddrucks in der Fluiddichtung (499, 599), so dass dieser größer als der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer (492, 592) ist, wenn der Motor unter Last ist, und (d) Steuern des Dichtfluiddrucks in der Fluiddichtung (499, 599), so dass dieser im wesentlichen gleich dem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer (492, 592) ist, wenn der Motor nicht unter Last ist.
  45. Das Verfahren von Anspruch 42, wobei ein Ausgleichen des jeweiligen Dichtfluid- und Kraftstoffdrucks vorgenommen wird, indem ein Kolben (111) in einer Gleichgewichtsposition in einem Zylinder (110) gehalten wird.
  46. Das Verfahren von Anspruch 42, wobei das Ausgleichen des jeweiligen Dichtfluid- und Kraftstoffdrucks vorgenommen wird, indem die Strömung von Dichtfluid, die zur Fluiddichtung (499, 599) gerichtet ist, im Ansprechen auf Änderungen beim Kraftstoffdruck in einer Steuerkammer eines Fluidregulierventils (200), das die Strömung von Dichtfluid zur Fluiddichtung reguliert, gesteuert wird.
  47. Das Verfahren von Anspruch 42, wobei das Ausgleichen des jeweiligen Dichtfluid- und Kraftstoffdrucks durch das Steuern der Strömung von Kraftstoff, die zur Kraftstoffkammer gerichtet ist, im Ansprechen auf Änderungen beim Dichtfluiddruck in einer Steuerkammer eines Fluidregulierventils (300), das die Strömung von Kraftstoff zur Kraftstoffkammer reguliert, vorgenommen wird.
  48. Das Verfahren von Anspruch 42, wobei eine Vorrichtung zum Ausgleichen des jeweiligen Dichtfluid- und Kraftstoffdrucks eine Druckausgleichvorrichtung aufweist und das Verfahren ferner das Messen des Dichtfluiddrucks stromaufwärts der Druckausgleichvorrichtung und das Steuern einer Dichtfluidpumpe (220, 320) stromaufwärts der Druckausgleichvorrichtung, um einen Dichtfluiddruck stromaufwärts der Druckausgleichvorrichtung aufrecht zu erhalten, der höher als der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer ist, aufweist.
  49. Das Verfahren von Anspruch 48, das ferner das Verringern der Dichtfluiddruckpulse stromabwärts der Pumpe (220, 320) durch das Richten des Dichtfluids durch eine Pulsierungsdämpfungseinrichtung (228, 328) aufweist.
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