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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein flüssigkeitsgekühltes Kraftstoff-Einspritzventil
und ein Verfahren zum Betreiben eines flüssigkeitsgekühlten Kraftstoff-Einspritzventils.
Im Einzelnen betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Verwenden von Kraftstoff als Kühlmittel und zum Steuern, wann
das Kühlen
stattfindet. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein
Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Kühlen einer
Einspritzspitze eines Kraftstoff-Einspritzventils und ein Verfahren
zum Fertigen eines Kraftstoff-Einspritzventils nach Anspruch 18.
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Ein
Kraftstoff-Einspritzventil umfasst eine Düse, ebenfalls als Einspritzspitze
bekannt, die in die Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine
eingesetzt wird. Während
des Motorbetriebs ist diese Einspritzspitze hohen, durch die Verbrennung
in der Verbrennungskammer erzeugten, Temperaturen ausgesetzt. Es
ist nicht ungewöhnlich, dass
die Flammentemperatur in der Verbrennungskammer 4000 Grad Fahrenheit
(etwa 2200 Grad Celsius) überschreitet,
und in solchen Situationen könnte
die Einspritzspitze auf Betriebstemperaturen über ihrer Anlasstemperatur
erhitzt werden.
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Für ein durch
einen herkömmlichen
Dieselkraftstoffmotor eingesetztes Kraftstoff-Einspritzventil dient
der flüssige
Dieselkraftstoff als Kühlmittel,
das die Einspritzspitze kühlt.
Das heißt,
die Wärme
wird vom Gehäuse
der Einspritzspitze zum flüssigen Kraftstoff übertragen,
der innerhalb der Einspritzspitze in dem ringförmigen Hohlraum um die Düsennadel vorhanden
ist, und der Strom flüssigen
Kraftstoffs durch die Einspritzspitze und in die Verbrennungskammer
gewährleistet
eine ausreichende Kühlung für das Gehäuse der
Einspritzspitze.
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Jedoch
werden Motoren mit gasförmigem Kraftstoff
entwickelt, um Dieselkraftstoff durch sauberer verbrennende gasförmige Kraftstoffe
zu ersetzen. Ein Problem bei gasförmigen Kraftstoffen ist, dass, verglichen
mit Dieselkraftstoff, viel höhere
Temperaturen und Drücke
für eine
Selbstzündung
notwendig sind. Eine Lösung
für dieses
Problem, die es ermöglicht,
dass die Hauptbauteile von Dieselmotoren erhalten bleiben, spritzt
eine kleine Menge leichter selbstzündenden Kraftstoffs, wie beispielsweise
herkömmlichen
Dieselkraftstoffs, ein, um die Zündung des
gasförmigen
Kraftstoffs einzuleiten.
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Zusätzlich kann
Dieselkraftstoff innerhalb des Kraftstoff-Einspritzventils eingesetzt
werden, um als Schmiermittel und Kühlmittel zu wirken. Jedoch ist
die Menge an Zünddieselkraftstoff,
die zum Auslösen
der Zündung
des gasförmigen
Kraftstoffs in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, viel geringer als
die Menge an Dieselkraftstoff, die bei einem herkömmlichen
Dieselkraftstoffmotor in die Verbrennungskammer eingespritzt würde. Während des
Motorbetriebs kann die Menge an Zünddieselkraftstoff weniger
als 5 % des gesamten verbrauchten Kraftstoffs (gemessen auf einer
Energiegrundlage) betragen. Wenn der Dieselkraftstoffverbrauch so
gering ist, mag die durch den Strom von flüssigem Dieselkraftstoff durch
das Kraftstoff-Einspritzventil gewährleistete Kühlung nicht
ausreichen, um die Einspritzspitze zu kühlen, wenn Verbrennungskammer-Spitzentemperaturen
erreicht werden. Falls sich die Einspritzspitze überhitzt, schließen mögliche Folgen eine
Wärmeverformung
des Einspritzspitzengehäuses
und ein „Verkoken" von Kraftstoff ein,
einen durch Kraftstoff, der Reduktionsbedingungen ausgesetzt ist,
verursachten Zustand.
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Es
sind einige Kraftstoff-Einspritzventile vorgeschlagen worden, die
etwas von dem flüssigen Kraftstoff
zum Ableiten von der Düsenspitze
zurück umleiten,
wodurch der Strom an flüssigem
Dieselkraftstoff durch das Kraftstoff-Einspritzventil gesteigert wird, um
das Kühlen
zu unterstützen.
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Zum
Beispiel offenbart die veröffentlichte deutsche
Patentanmeldung
DE
3 928 912 A1 ein Kraftstoff-Einspritzventil, das Kraftstoff
zum Kühlen des
Düsengehäuses verwendet,
durch Ableiten von Kraftstoff durch einen Ableitungsdurchgang, der
geöffnet
wird, wenn das Kraftstoff-Einspritzventil durch Anheben der Düsennadel
vom Ventilsitz geöffnet wird.
Bei solchen Anordnungen wird Kraftstoff nur zum Ableiten zurückgeführt, wenn
das Kraftstoff-Einspritzventil offen ist, so dass die Kühlwirkung
des Kraftstoffstroms nur während
der kurzen Dauer eines Einspritzvorgangs verwirklicht wird. Zusätzlich wird der
Kraftstoff zum Ableiten geschickt, wann immer das Kraftstoff-Einspritzventil
offen ist, einschließlich von
Zeiten, wenn eine zusätzliche
Kühlung
nicht notwendig ist, wie beispielsweise Zeiten während des Startens oder wenn
der Motor leerläuft.
Es ist besonders wünschenswert,
parasitäre
Belastungen während
des Startens zu verringern, wenn Energiebedarf durch eine Batterie
zugeführt
werden kann. Dementsprechend ist ein Problem bei dieser Anordnung, dass
sie zu beträchtlichen
parasitären
Belastungen während
des Startens und unter Leerlaufbedingungen führen kann. Da die Zeitsteuerung
zum Ableiten von Kraftstoff wahllos ist insofern, als bei jedem
Einspritzvorgang eine Menge an Kraftstoff abgeleitet wird, kann
diese Anordnung ebenfalls eine größere Kraftstoffpumpe erfordern,
als sie sonst erforderlich wäre.
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Die
US-Patentschrift Nr. 3,737,100 offenbart eine innengekühlte kombinierte
Pumpe, die Kraftstoff diskontinuierlich ableitet, wenn kein Kraftstoff
in eine Verbrennungskammer eingespritzt wird. Die Zeiten, zu denen
Kraftstoff aus der kombinierten Pumpe abgeleitet wird, werden durch
die Position von Stegen und gerillten Merkmalen des Plungerkolbens
gesteuert, die Ableitungsdurchgänge
abdecken bzw. öffnen. Bei
dieser Anordnung wird Kraftstoff in jedem Zyklus abgeleitet, ungeachtet
dessen, ob der Motor startet oder schon läuft, was wieder zu bedeutsamen
parasitären
Belastungen zu Zeiten führt,
zu denen es wünschenswert
ist, die parasitäre
Belastung zu verringern. Wichtiger ist, dass die Kraftstoffpumpe
während
des Startens, verglichen mit dem Normalbetrieb, mit einer niedrigeren
Drehzahl arbeitet, und das Steigern der Kraftstoff-Durchflussgeschwindigkeit eine
größere Pumpe
erfordern kann, die während des
Normalbetriebs nicht notwendig ist, wenn die Pumpe typischerweise
mit einer schnelleren Drehzahl arbeitet.
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Die
veröffentlichte
deutsche Patentanmeldung
DE
198 47 388 A1 (die Anmeldung '388) offenbart ein Kraftstoff-Einspritzsystem,
das betrieben werden kann, um einen Teil des Kraftstoffs aus dem Düsen-Kraftstoffhohlraum
abzuleiten. Die Anmeldung '388
lehrt das Kühlen
des Kraftstoff-Einspritzventils während des Motorbremsens oder
bei Kurbelwellenwinkeln, wenn kein Kraftstoff in die Verbrennungskammer
des Motors eingespritzt wird. Der Kraftstoffstrom zum Ableiten wird
in Abhängigkeit
von einem Betriebsparameter des Motors, wie beispielsweise der Motordrehzahl
und/oder dem durch einen Abgasturbolader erzeugten Ladedruck, gesteuert. Ein
einfaches Sperrventil und eine veränderliche Drossel sind in einer
Ableitungsleitung außerhalb
des Kraftstoff-Einspritzventils angeordnet, um den Strom des Kraftstoffs
vom Kraftstoff-Einspritzventil durch die Ableitungsleitung zu regulieren.
Ein Problem bei dieser Anordnung ist die Komplexität der Anordnung aus
Ableitungsventil und Drossel, was stromabwärts vom Kraftstoff-Einspritzventil
ein Hochdruck-Ableitungssystem hinzufügt, mit Verbindungen, welche
die Hochdruck-Ableitungsleitung mit dem Kraftstoff-Einspritzventilgehäuse, dem
Ableitungsventil und der Drossel verbinden.
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US 5,740,782 A offenbart
viele unterschiedliche Anordnungen zum Kühlen eines Kraftstoff-Einspritzventils,
einschließlich
der Verwendung von Kraftstoff als Kühlmittel. Bei einer solchen
Anordnung wirken innerhalb des Gehäuses der Einspritzspitze angeordnete
Kühlfluid-Durchgänge als
Kühlmantel. Die
Kühlfluid-Durchgänge stehen
in dauerhafter Verbindung mit der Kraftstoff-Zufuhrdruckleitung, um fortlaufend Kraftstoff
aus dem Kraftstoffzufuhrsystem abzuleiten.
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Wie
in Bezug auf die bereits vorgestellten Verweise bemerkt, steigert
das fortlaufende Ableiten von Zündkraftstoff
aus dem Kraftstoffzufuhrsystem oder dem Düsenhohlraum die parasitäre Belastung des
Kraftstoffzufuhrsystems und könnte
eine größere Kraftstoffzufuhrpumpe
erfordern.
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US 6,024,297 A ,
das den Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung bildet, offenbart
eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, die es ermöglicht, dass ein Kraftstoffstrom
während
der normalen Öffnungs-
und Schließkreisläufe des
Ventils durch die Einspritzvorrichtung von einem Einlassdurchgang
zu einem Ableitungsdurchgang umläuft.
Dieser Strom hat die Wirkung, das Einspritzventil abzukühlen, und
wird durch ein Ableitungsventil gesteuert, das ebenfalls das Öffnen und
Schließen
des Ventils selbst steuert. Die Steuerungen der Einspritzvorrichtung
und der Ableitung werden durch das gleiche Ventil vorgenommen und
sind daher voneinander abhängig.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftstoff-Einspritzventil,
ein Verfahren zum Kühlen
einer Einspritzspitze eines Kraftstoff-Einspritzventils und ein
Verfahren zum Fertigen eines Kraftstoff-Einspritzventils bereitzustellen,
wobei das Kühlen
für die
Einspritzspitze verbessert wird, während ein Motorstarten ermöglicht wird
ohne Überbemessen
von anderen Motorbauteilen weit über
das hinaus, was für
den Normalbetrieb erforderlich ist.
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Die
obige Aufgabe wird gelöst
durch ein Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 1 oder ein Verfahren
nach Anspruch 13 oder 18. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Das
Ableitungsventil ist vorzugsweise federvorgespannt, so dass es sich
nicht öffnet,
wenn der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums nicht
größer ist
als ein vorbestimmter Sollwert. Durch Steuern des Kraftstoffdrucks
innerhalb eines Bereichs von Drücken
kann das Ableitungsventil unabhängig
von der Betätigung
des Ventilelements bedient werden. Wenn zum Beispiel der Kraftstoffdruck innerhalb
des Kraftstoffhohlraums geringer ist als der vorbestimmte Sollwert,
bleibt das Ableitungsventil geschlossen, während Kraftstoff während eines
Einspritzvorgangs in die Verbrennungskammer eingespritzt wird. Solange
der Druck innerhalb des Kraftstoffhohlraums höher ist als der vorbestimmte
Sollwert, kann das Ableitungsventil geöffnet werden, selbst während eines
Kraftstoff-Einspritzvorgangs. Die Fähigkeit zu steuern, wann das
Kühlen
stattfindet, zum Beispiel durch Steuern des Kraftstoffdrucks, ermöglicht,
dass das Kühlen
unabhängig
von der Ventilelementbewegung und der Zeitsteuerung für Kraftstoff-Einspritzvorgänge gesteuert
wird, was einen Vorteil gegenüber
Anordnungen des Standes der Technik bietet.
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Ein „einfaches" federvorgespanntes
Ableitungsventil umfasst kein Steuergerät oder Stellglied. Ein Vorteil
einer einfachen federvorgespannten Ableitungsventil-Baugruppe ist, dass
sie sich selbsttätig schließt, wenn
der Druck geringer ist als ein vorbestimmter Sollwert, sie kompakt
ist, so dass sie innerhalb des Kraftstoff-Einspritzventils angeordnet werden kann,
und sie kostengünstig
und dauerhaft ist.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
umfasst der Ableitungsdurchgang eine Bohrung innerhalb des Ventilelements
und eine Durchlassöffnung
zwischen dem Kraftstoffhohlraum und der Bohrung. Bei der ersten
bevorzugten Ausführungsform
ist die Bohrung eine Blindbohrung, verschlossen an dem Ende des
Ventilelements, das mit dem Ventilsitz innerhalb der Einspritzspitze
zusammenwirkt. Eine solche Bohrung kann unter Anwendung elektrochemischer
Abtragbearbeitung oder anderer bekannter Verfahren hergestellt werden.
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Das
Ableitungsventil der ersten bevorzugten Ausführungsform kann in einer Kammer
innerhalb des Ventilelements angeordnet sein. Das Ableitungsventil
umfasst vorzugsweise ein federvorgespanntes Element, das aus einer
geschlossenen Stellung bewegt werden kann, um zu ermöglichen,
dass der flüssige
Kraftstoff durch die Bohrung strömt,
wenn der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraft stoffhohlraums größer ist
als der vorbestimmte Sollwert. Das federvorgespannte Element kann
zum Beispiel ein Kugel- oder Nadelelement sein. Bei einer alternativen
Ausführungsform
kann das federvorgespannte Element ein Pendelelement sein, das innerhalb
einer Kammer bewegt werden kann, die innerhalb des Ventilelements
angeordnet ist. Ein solches Pendelelement kann gegen die Vorspannung
einer Ableitungsventilfeder bewegt werden, um eine Ableitungsöffnung zu öffnen, wenn
der Druck des flüssigen
Kraftstoffs innerhalb der Bohrung größer ist als der vorbestimmte Sollwert.
Die Strecke, um die das Pendelelement verschoben wird, kann so gesteuert
werden, dass es die Ableitungsöffnung
vollständig
oder teilweise freilegt, wodurch der Strom durch die Ableitungsöffnung moduliert
werden kann. Ein höherer
Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums führt zu einer
größeren Verschiebung
des Pendelelements und einer größeren Kraftstoff-Mengendurchflussgeschwindigkeit zum
Ableitungssystem.
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Bei
noch einer anderen Anordnung umfasst das Ableitungsventil einen
Federbügel,
der ein am Ventilelement befestigtes Ende und ein freies, eine Ableitungsmündung bedeckendes,
Ende umfasst. Wenn der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums
größer ist
als ein vorbestimmter Sollwert, hebt der Kraftstoffdruck das freie
Ende des Federbügels
von der Ableitungsmündung
weg, und Kraftstoff tritt durch die Ableitungsmündung aus der Bohrung aus und
strömt
durch Abheben des freien Endes weg von der Ableitungsmündung in
das Ableitungssystem.
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Bei
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Ableitungsdurchgang eine Bohrung innerhalb des Einspritzventilgehäuses und
eine Durchlassöffnung
zwischen dem Kraftstoffhohlraum und der Bohrung. Die in Bezug auf
die erste bevorzugte Ausführungsform
beschriebenen Ableitungsventilanordnungen können ebenfalls mit der zweiten bevorzugten
Ausführungsform
eingesetzt werden, wobei der Hauptunterschied die Position des Ableitungsdurchgangs
ist, und dass das Ableitungsventil dem Ventilgehäuse an Stelle des Ventilelements
zugeordnet ist.
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Sowohl
bei der ersten als auch bei der zweiten Ausführungsform ist das Ableitungsventil
vorzugsweise innerhalb der Kraftstoff-Einspritzventilbaugruppe angeordnet.
Bei der offenbarten ersten Ausführungsform
ist das Ableitungsventil dem Ventilelement zugeordnet, und bei der
offenbarten zweiten Ausführungs form
ist das Ableitungsventil dem Einspritzventilgehäuse zugeordnet. Ein Vorteil
des Anordnens des Ableitungsventils innerhalb der Einspritzventilbaugruppe
ist, dass es ermöglicht,
dass das üblicherweise
innerhalb eines Einspritzventils vorhandene Niederdruck-Ableitungssammelsystem mit
dem vorliegenden Ableitungsdurchgang, stromabwärts vom Ableitungsventil, kombiniert
wird. Ein außerhalb
der Einspritzventilbaugruppe angeordnetes Ableitungsventil erfordert
eine gesonderte Hochdruck-Ableitungsleitung zwischen dem Kraftstoff-Einspritzventil und
dem äußeren Ableitungsventil,
was die Investitions- und Fertigungskosten steigert, zusätzlich zum
Hinzufügen
möglicher
Leckage- und Strukturprobleme, die mit Verbindungen und der Hochdruck-Ableitungsleitung
selbst verbunden sind.
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Das
Ableitungsventil ist vorzugsweise ein Einwegventil, durch das Kraftstoff
nur durch den Ableitungsdurchgang aus dem Kraftstoffhohlraum und in
das Ableitungssystem strömen
kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
kann das Ableitungsventil in zunehmendem Maß bis zu einer vorbestimmten maximal
offenen Position geöffnet
werden, um zu ermöglichen,
dass mehr Kraftstoff durch den Ableitungsdurchgang strömt, wenn
der Druck des flüssigen
Kraftstoffs innerhalb des Kraftstoffhohlraums zunimmt.
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Wie
bereits angemerkt, ist ein Vorteil des offenbarten Ableitungsventils,
dass es kein Steuergerät
oder Stellglied erfordert. Die Federkraft, die das Ableitungsventil
geschlossen hält,
ist so geeicht, dass sich das Ableitungsventil öffnet, wann immer der Kraftstoffdruck
innerhalb des Kraftstoffhohlraums größer ist als ein vorbestimmter
Druck. Zum Beispiel kann das Ableitungsventil durch Steuern des
Kraftstoffdrucks innerhalb des Kraftstoffhohlraums so geeicht werden,
dass es sich öffnet,
nachdem die Motorstartbedingungen abgeschlossen sind, während des
Leerlaufs und während
des Abschaltens. Falls das Kraftstoff-Einspritzventil ein Bauteil
eines kombinierten Kraftstoff-Einspritzventils zum unabhängigen und
gesonderten Einspritzen gasförmigen
Kraftstoffs und flüssigen
Kraftstoffs in die Verbrennungskammer ist, kann es wünschenswert
sein, zu verhindern, dass während
des Abschaltens Kraftstoff aus dem Kraftstoffhohlraum abgeleitet
wird, um zu verhindern, dass gasförmiger Kraftstoff unter Hochdruck
in den Hohlraum für
flüssigen
Kraftstoff eintritt.
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Das
vorliegende flüssigkeitsgekühlte Kraftstoff-Einspritzventil
kann ebenfalls in einem kombinierten Kraftstoff-Einspritzventil
zum unabhängigen und
gesonderten Einspritzen eines flüssigen
Kraftstoffs in eine Verbrennungskammer durch zwei unterschiedliche
Sätze von
Düsenöffnungen
eingesetzt werden. Eine solche Anordnung kann wünschenswert sein, wenn es wichtig
ist, in der Lage zu sein, die Menge an eingespritztem Kraftstoff über einen
weiten Bereich genau zu steuern, und ein herkömmliches Kraftstoff-Einspritzventil,
das in der Lage ist, größere Kraftstoffmengen
innerhalb dieses Bereichs einzuspritzen, nicht zum Einspritzen kleinerer
Kraftstoffmengen innerhalb dieses Bereichs geeignet ist.
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Wenn
das flüssigkeitsgekühlte Kraftstoff-Einspritzventil
Teil eines kombinierten Kraftstoff-Einspritzventils ist, setzt eine
bevorzugte Anordnung ein flüssigkeitsgekühltes Kraftstoff-Einspritzventilgehäuse ein,
das innerhalb eines Gehäuses
des kombinierten Kraftstoff-Einspritzventils bewegt werden kann, wodurch
das flüssigkeitsgekühlte Kraftstoff-Einspritzventilgehäuse als
bewegliche Nadel für
ein äußeres Kraftstoff-Einspritzventil
dient.
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Das
vorliegende flüssigkeitsgekühlte Kraftstoff-Einspritzventil
kann auf Kraftstoff-Einspritzventile aller Arten, einschließlich sogenannter
kombinierter Pumpen, angewendet werden, aber eine bevorzugte Art
ist eine Einspritzvorrichtung aus gemeinsamer Druckleitung. Bei
einer kombinierten Pumpe wird eine der Kraftstoff-Einspritzventilbaugruppe
zugeordnete Kolbenbaugruppe eingesetzt, um den Kraftstoff auf Einspritzdruck
zu bringen. Dementsprechend wird der Kraftstoffdruck innerhalb einer
kombinierten Pumpe nur während
eines Einspritzvorgangs auf Hochdruck erhöht, und in Abhängigkeit
vom vorbestimmten Sollwert zum Öffnen
des Ableitungsventils kann das Kühlen
in einer kombinierten Pumpe nur während eines Einspritzvorgangs,
wenn der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums erhöht ist,
stattfinden.
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Bei
einer Einspritzvorrichtung mit gemeinsamer Druckleitung wird der
Kraftstoffdruck durch eine Kraftstoffpumpe auf Einspritzdruck erhöht, und
der Kraftstoff wird dem Kraftstoff-Zufuhrdurchgang des Kraftstoff-Einspritzventils
von einem Hochdruck-Kraftstoffzufuhrsystem mit gemeinsamer Druckleitung
zugeführt.
Eine Anordnung mit gemeinsamer Druckleitung vereinfacht die Steuerung
des Ableitungsventils, weil der Kraftstoffdruck im Kraftstoffzufuhrsystem
mit gemeinsamer Druckleitung leicht gesteuert werden kann, um den
Kraftstoffdruck innerhalb der Kraftstoffhohlräume der Kraftstoff-Einspritzventile
zu bestimmen.
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Der
vorbestimmte Sollwert zum Öffnen
des Ableitungsventils wird so gewählt, dass er zwischen zwei
unterschiedlichen Kraftstoffdrücken
in einem Betriebsbereich des Kraftstoffzufuhrsystems liegt. Zum
Beispiel kann der Betriebsbereich des Kraftstoffzufuhrsystems zwischen
15 MPa und 30 MPa liegen, was einen weiten Bereich zum Wählen eines
vorbestimmten Sollwertes ermöglicht.
Zusätzlich
kann der Betrieb des Kraftstoff-Einspritzventils vorzugsweise gesteuert
werden, um sich Veränderungen
im Druck innerhalb des Kraftstoffhohlraums zwischen dem ersten und
dem zweiten Druck anzupassen, so dass die gewünschte Kraftstoffmenge in die
Verbrennungskammer eingespritzt wird. Zum Beispiel könnte einer der
durch das Motorsteuergerät
berücksichtigen
Faktoren beim Einstellen der Dauer und der Zeitsteuerung eines Einspritzvorgangs
die Berücksichtigung des
Kraftstoffdrucks innerhalb des Kraftstoffhohlraums einschließen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform kann
der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums gesteuert
werden zwischen einem ersten Druck, der niedriger ist als der vorbestimmte
Sollwert, und einem zweiten Druck, der höher ist als der vorbestimmte
Sollwert, so dass während
des Motorbetriebs unter einem ersten Satz von vorbestimmten Betriebsbedingungen
der Druck innerhalb des Kraftstoffhohlraums zwischen dem ersten
Druck und dem vorbestimmten Sollwert gehalten wird, um einen Durchfluss
durch das Ableitungsventil zu verhindern, und unter einem zweiten
Satz von Betriebsbedingungen der Druck innerhalb des Kraftstoffhohlraums
zwischen dem vorbestimmten Sollwert und dem zweiten Druck gehalten
wird, um einen Durchfluss durch das Ableitungsventil zu ermöglichen.
Der erste Satz von vorbestimmten Betriebsbedingungen könnte zum Beispiel
Start-, Leerlauf- und Abschaltbedingungen einschließen.
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Das
Ableitungsventil kann betrieben werden, um die Durchflussgeschwindigkeit
des Kraftstoffs vom Kraftstoffhohlraum zum Ableitungssystem zu regulieren.
Zum Beispiel kann der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums
bei einigen Ausführungsformen,
wie beispielsweise, wenn das Ableitungsventil ein Pendelelement
einsetzt, zwischen dem vorbestimmten Sollwert und einem höheren Druck
steuerbar sein, um die durch das Ableitungsventil strömende Kraftstoffmenge
zu steuern, wodurch höhere
Drücke
innerhalb des Kraftstoffhohl raums höhere Mengendurchflussgeschwindigkeiten durch
das Ableitungsventil bewirken können.
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Das
Kraftstoff-Einspritzventil kann ferner eine dem Ventilelement zugeordnete
Absteuerbohrung umfassen, die zwischen dem Ableitungssystem und
einem Raum in Verbindung mit dem Kraftstoffhohlraum verbindet, wenn
sich das Ventilelement in der offenen Position befindet. Eine solche
Absteuerbohrung kann eingesetzt werden, um die Geschwindigkeit zu
steuern, mit der Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingeleitet
wird. Zum Beispiel kann der Raum, zu dem die Absteuerbohrung offen
ist, das Totvolumen des Kraftstoff-Einspritzventils sein, und es
kann einen zweiten Ventilsitz, der zwischen dem Totvolumen und der
Düsenöffnung angeordnet
ist, geben.
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Das
Verfahren kann ferner umfassen, die Mengendurchflussgeschwindigkeit
des ersten Teils des flüssigen
Kraftstoffs durch Steigern des Drucks innerhalb des Kraftstoffhohlraums
zu steigern, wenn der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums größer ist
als der vorbestimmte Sollwert.
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Das
bevorzugte Verfahren umfasst ferner, den Kraftstoffdruck innerhalb
des Kraftstoffhohlraums während
einer oder mehrerer vorbestimmter Betriebsbedingungen, wie beispielsweise
Motorstart-, Motorabschalt- und Motorleerlaufbedingungen, zwischen
dem ersten Druck und dem vorbestimmten Sollwert zu halten. Das Verfahren
kann ferner umfassen, den Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums
zwischen dem ersten Druck und dem vorbestimmten Sollwert zu halten,
wenn die Motorlast geringer ist als eine vorbestimmte Last. Das Verfahren
kann ebenfalls ferner umfassen, den Kraftstoffdruck innerhalb des
Kraftstoffhohlraums zwischen dem vorbestimmten Sollwert und dem
zweiten Druck zu halten, wenn die Motorlast größer ist als eine vorbestimmte
Last oder wenn ein Motorbetriebsparameter erfasst wird, der damit
in Wechselbeziehung steht, dass ein Kühlen der Einspritzspitze wünschenswert
ist.
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Bei
einem anderen bevorzugten Verfahren ist der vorbestimmte Sollwert
so geeicht, dass verhindert wird, dass der erste Teil des flüssigen Kraftstoffs während der
Startbedingungen abgeleitet wird, zum Beispiel, wenn die Kraftstoffpumpe,
verglichen mit der Kraftstoffpumpengeschwindigkeit nach dem Starten,
mit einer niedrigeren Geschwindigkeit angetrieben wird.
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Bei
einem bevorzugten Verfahren wird der erste Teil des flüssigen Kraftstoffs
selbsttätig
fortlaufend abgeleitet, wenn der Druck innerhalb des Kraftstoffhohlraums
größer ist
als der vorbestimmte Sollwert.
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Das
bevorzugte Verfahren umfasst ferner, den flüssigen Kraftstoff dem Kraftstoff-Einspritzventil aus
einem Hochdruck-Kraftstoffzufuhrsystem mit gemeinsamer Druckleitung
zuzuführen.
Bei einem System mit gemeinsamer Druckleitung kann der Kraftstoffdruck
in dem Kraftstoffhohlraum, in dem das Ventilelement angeordnet ist,
zu den Öffnungskräften beitragen,
aber die Ventilöffnung
wird tatsächlich durch
ein Stellglied bestimmt, das auf das Ventilelement einwirkt. Das
Stellglied kann eine beliebige bekannte Art von Stellglied sein,
ist aber häufig
hydraulisch, piezoelektrisch, elektromagnetisch oder magnetostriktiv.
Dementsprechend kann der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffzufuhrsystems
mit gemeinsamer Druckleitung zum Beispiel durch Betätigen eines
Druckregulierungsventils oder Steuern der Geschwindigkeit einer
Kraftstoffpumpe gesteuert werden. Das bevorzugte Verfahren umfasst,
den Druck innerhalb des Zufuhrsystems mit gemeinsamer Druckleitung
als Reaktion auf vorbestimmte Kühlungsanforderungen
für das
Kraftstoff-Einspritzventil auf der Grundlage eines Motorbetriebszustandes
zu steuern. Das Steuern des Kraftstoffdrucks im Zufuhrsystem mit
gemeinsamer Druckleitung steuert wirksam den Kraftstoffdruck innerhalb
des Kraftstoffhohlraums eines Kraftstoff-Einspritzventils, um dadurch durch Einstellen
des Kraftstoffdrucks, so dass er über bzw. unter dem vorbestimmten
Sollwert liegt, das Ableitungsventil zu öffnen oder zu schließen.
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Das
Verfahren kann ferner umfassen, einen dritten Teil des flüssigen Kraftstoffs
während
eines Einspritzvorgangs aus dem Kraftstoff-Einspritzventil abzuleiten.
Dies kann zum Beispiel durch Ableiten des dritten Teils des Kraftstoffs
durch eine Absteuerbohrung, die nur während eines Einspritzvorgangs offen
ist, erreicht werden.
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Ein
Verfahren zum Fertigen eines Kraftstoff-Einspritzventils wird ebenfalls
bereitgestellt, für ein
Einspritzventil wie beispielsweise das hierin beschriebene, das
Folgendes umfasst: ein Einspritzventilgehäuse mit einer Einspritzspitze,
die wenigstens eine Düsenöffnung umfasst,
einen innerhalb des Einspritzventilge häuses nahe der Einspritzspitze
angeordneten Kraftstoffhohlraum, ein innerhalb des Einspritzventilgehäuses angeordnetes
Ventilelement, einen innerhalb des Einspritzventilgehäuses angeordneten
und zwischen einer Kraftstoffeinlassöffnung und dem Kraftstoffhohlraum
verbindenden Kraftstoff-Zufuhrdurchgang, einen zwischen dem Kraftstoffhohlraum
und einem Ableitungssystem zum Zurückführen eines Teils des flüssigen Kraftstoffs
zu einem Kraftstoffzufuhrsystem verbindenden Ableitungsdurchgang,
wobei der Ableitungsdurchgang eine innerhalb des Ventilelements
bereitgestellte Bohrung umfasst, und ein dem Ableitungsdurchgang zugeordnetes
und innerhalb des Einspritzventilgehäuses angeordnetes Ableitungsventil.
Das Verfahren zum Fertigen umfasst das Herstellen der Bohrung unter
Anwendung elektrochemischer Abtragsbearbeitung.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Zeichnungen illustrieren spezifische bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung, sollten aber nicht als den Geist oder Rahmen der
Erfindung in irgendeiner Weise einschränkend betrachtet werden:
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1 illustriert
eine teilweise Schnittansicht des Einspritzspitzenendes eines Kraftstoff-Einspritzventils,
das einen Ableitungsdurchgang von einem in demselben angeordneten
Kraftstoffhohlraum umfasst. Ein innerhalb des Ventilgehäuses angeordnetes
Ableitungsventil ermöglicht
einen Einwegstrom vom Kraftstoffhohlraum, wenn der Kraftstoffdruck
in demselben ausreichend groß ist,
um die Feder zu überwinden,
die das Ventil in eine geschlossene Position vorspannt.
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2 illustriert
eine teilweise Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines Kraftstoff-Einspritzventils,
das einen Ableitungsdurchgang von dem in der Einspritzspitze angeordneten
Kraftstoffhohlraum umfasst. Diese Ausführungsform ist ähnlich der
Ausführungsform
von 1, aber mit einer anderen Art von Ableitungsventil.
Das Ableitungsventil dieser Ausführungsform
setzt ein federvorgespanntes Pendelelement ein, das es ermöglicht, dass
Kraftstoff aus dem Kraftstoffhohlraum strömt, wenn der Kraftstoffdruck
in demselben ausreichend groß ist,
um die Feder zu überwinden,
die das Pendelelement in eine geschlossene Position vorspannt, in
der es eine Ableitungsöffnung
abdeckt.
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3A illustriert
eine teilweise Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines Kraftstoff-Einspritzventils,
die wie die Ausführungsform von 1 ist, außer, dass
das Ableitungsventil ein Federbügelelement
einsetzt, das eine Ableitungsmündung
abdeckt, wenn der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums
niedrig ist. Das Federbügelelement
hebt sich von der Ableitungsmündungsöffnung weg,
wenn der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums einen
vorbestimmten Sollwert überschreitet.
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3B ist
eine Schnittansicht durch die Düsennadel
an dem in 3A angezeigten Schnitt. 3B zeigt
das um die Düsennadel
gewickelte Federbügelelement,
wobei die geschlossene Position gezeigt wird.
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3C illustriert
eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Düsennadel
mit einem Federbügelelement
und einer Ableitungsöffnung.
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4 illustriert
eine teilweise Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines Kraftstoff-Einspritzventils,
das einen Ableitungsdurchgang zum Ableiten von Kraftstoff aus dem
Kraftstoffhohlraum umfasst. Bei dieser Ausführungsform sind sowohl der Ableitungsdurchgang
als auch das Ableitungsventil innerhalb des Einspritzventilgehäuses angeordnet.
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5 illustriert
eine teilweise Schnittansicht einer Ausführungsform des flüssigkeitsgekühlten Kraftstoff-Einspritzventils,
das ein Bauteil eines kombinierten Kraftstoff-Einspritzventils zum
unabhängigen
und gesonderten Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer
durch zwei unterschiedliche Sätze
von Düsenöffnungen
ist. Der durch jeden Satz von Düsenöffnungen
eingespritzte Kraftstoff kann unterschiedlicher Kraftstoff oder
der gleiche Kraftstoff sein.
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6 illustriert
eine teilweise Schnittansicht einer Ausführungsform des flüssigkeitsgekühlten Kraftstoff-Einspritzventils,
die das Merkmal einer Baugruppe aus Ableitungsdurchgang und Ableitungsventil
mit einer Absteuerbohrung zum Gestalten der Geschwindigkeit der
Kraftstoffeinspritzung in eine Verbrennungskammer kombiniert.
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Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsform(en)
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Ein
flüssigkeitsgekühltes Kraftstoff-Einspritzventil
ist in der Lage, einen Teil des innerhalb eines Kraftstoffhohlraums,
der innerhalb einer Einspritzspitze bereitgestellt wird, enthaltenen
Kraftstoffs zu verwenden, um als flüssiges Kühlmittel zum Kühlen der
Einspritzspitze zu wirken. Ein federvorgespanntes Ableitungsventil,
das innerhalb des Gehäuses des
Kraftstoff-Einspritzventils oder innerhalb der Einspritzdüsennadel
angeordnet ist, verhindert, dass Kraftstoff abgeleitet wird, wenn
keine Kühlung
erforderlich ist. Die Zeitsteuerung für das Kühlen kann durch Steuern des
Kraftstoffdrucks innerhalb des Kraftstoffhohlraums gesteuert werden,
wodurch das Ableitungsventil geschlossen ist, wenn der Kraftstoffdruck
geringer ist als ein vorbestimmter Sollwert. Das heißt, das
Ableitungsventil öffnet
sich, wenn der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums größer ist
als der vorbestimmte Sollwert.
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Beim
Starten ist der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums
anfangs niedrig, so dass das Ableitungsventil geeicht sein kann,
um sich zu öffnen, nachdem
das Starten vorbei ist. Bei einem bevorzugten Verfahren wird der
Druck innerhalb des Kraftstoffhohlraums so gesteuert, dass das Ableitungsventil während des
Startens, wenn der Motor leerläuft, beim
Abschalten oder wann immer die Motorlast geringer als eine vorbestimmte
Last ist, geschlossen ist. Wenn eine Kühlung erforderlich ist, zum
Beispiel, wenn die Motorlast größer ist
als eine vorbestimmte Last, kann das Ableitungsventil durch Erhöhen des Kraftstoffdrucks
innerhalb des Kraftstoffhohlraums auf einen Druck über dem
Sollwert geöffnet
werden.
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Motoren,
die kombinierte Kraftstoff-Einspritzventile zum Einspritzen sowohl
von gasförmigem Kraftstoff
als auch von flüssigem
Kraftstoff einsetzen, können
Kraftstoffzufuhrsysteme einsetzen, die in der Lage sind, den Kraftstoffdruck
zu regulieren. Bei einem herkömmlichen
Kraftstoffzufuhrsystem mit gemeinsamer Druckleitung kann der Kraftstoffdruck stromaufwärts vom
Kraftstoff-Einspritzventil
durch Steuern der Kraftstoffpumpe oder durch Verwendung eines steuerbaren
Druckregulierungsventils gesteuert werden. In diesen Situationen
kann der Kraftstoffdruck durch die Systemelektronik verändert und
gesteuert werden und kann selektiv eingestellt werden, um entweder
den Kühlungsstrom
zu induzieren oder den Kühlungsstrom
zu deaktivieren.
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Die
Figuren illustrieren bevorzugte Ausführungsformen eines flüssigkeitsgekühlten Kraftstoff-Einspritzventils,
das nach dem oben beschriebenen Verfahren verwendet werden kann.
In Bezug auf die Ausführungsform
von 1 wird nur das Einspritzspitzenende des Kraftstoff-Einspritzventils 100 gezeigt.
Das Kraftstoff-Einspritzventil 100 umfasst ein Einspritzventilgehäuse 110,
eine bewegliche Nadel 120 und eine Ableitungsventil-Baugruppe 130. Das
Einspritzventilgehäuse 110 hat
Kraftstoff-Düsenöffnungen 112,
durch die Kraftstoff in eine Verbrennungskammer eingespritzt werden
kann.
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Das
Kraftstoff-Einspritzventil von 1 wird in
der geschlossenen Position gezeigt. Das heißt, die Nadel 120 wird
festsitzend an einer Dichtungsfläche des
Einspritzventilgehäuses 110 gezeigt.
Wenn die Nadel 120 festsitzt, wirkt sie mit dem Einspritzventilgehäuse 110 zusammen,
um eine Grenze herzustellen, die verhindert, dass Kraftstoff aus
dem Kraftstoff-Hohlraum 114 zu den Düsenöffnungen 112 strömt. Die
Nadel 120 wird durch eine Nadelfeder 122 in die
geschlossene Position vorgespannt. Herkömmliche Stellglieder können eingesetzt
werden, um die Nadel 120 zu einer offenen Position zu bewegen,
worin die Nadel 120 von der Dichtungsfläche des Einspritzventilgehäuses 110 weg
angehoben ist. Zum Beispiel wird unter Verwendung einer typischen hydraulischen
Betätigungsanordnung
(nicht gezeigt) zusätzlich
zur Nadelfeder 122 Hydraulikdruck eingesetzt, um die Nadel 120 in
der geschlossenen Position zu halten. Wenn der Hydraulikdruck gelöst wird, überwindet
der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums 114 die
Schließkraft
der Nadelfeder 122, und die Nadel 120 bewegt sich
zu einer offenen Position, und Kraftstoff wird durch die Düsenöffnungen 112 in
eine Verbrennungskammer eingespritzt.
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Bei
der illustrierten Ausführungsform
ist der Kraftstoffhohlraum 114 definiert als der ringförmige Raum
zwischen der Nadel 120 und den Wänden einer innerhalb des Einspritzventilgehäuses 110 bereitgestellten
Bohrung. Der Kraftstoff wird dem Kraftstoffhohlraum 114 durch
eine Kraftstoffeinlassöffnung 116 zugeführt. Bei
dieser Ausführungsform
wird der Kraftstoff der Einlassöffnung 116 mit
Einspritzdruck, aus einem Hochdruck-Kraftstoffzufuhrsystem mit gemeinsamer
Druckleitung, zugeführt.
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Der
dem Kraftstoffhohlraum 114 zugeführte Kraftstoff strömt ebenfalls
durch eine Anschlussöffnung 124 in
einen Ableitungsdurchgang 126, der eine innerhalb der Nadel 120 bereitgestellte
Längsbohrung
ist.
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Wenn
der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffdurchgangs 114 und
des Ableitungsdurchgangs 126 größer ist als ein vorbestimmter
Sollwert, hebt sich ein Ableitungsventilelement 132 aus
seiner geschlossenen Position (gezeigt in 1) weg.
Bei der in 1 illustrierten Ausführungsform
hat das Ableitungsventilelement 132 die Form einer Kugel. Fachleute
auf dem Gebiet werden verstehen, dass andere Formen für das Ableitungsventilelement
eingesetzt werden können,
ohne vom Geist dieser Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel kann
an Stelle einer Kugel ein anderes Element, wie beispielsweise eine
Nadel, die von einer geschlossenen zu einer offenen Position, mit
Zwischenraum zu einem Ventilsitz angeordnet, bewegt werden kann,
ersetzt werden. Eine Ableitungsventilfeder 134 spannt das
Ableitungsventilelement 132 in die geschlossene Position vor.
Dementsprechend wird die Ableitungsventilfeder 134 so gewählt, dass
sie die Schließkraft
bereitstellt, die notwendig ist, um das Ableitungsventilelement 132 in
der geschlossenen Position zu halten, bis der Sollwertdruck überschritten
ist. Wenn die Ableitungsventil-Baugruppe 130 offen ist,
strömt
ein Teil des dem Kraftstoffhohlraum 114 zugeführten Kraftstoffs durch
den Ableitungsdurchgang 126 und eine Ableitungsöffnung 136 und
in ein Kraftstoffableitungssystem, das den Kraftstoff zum Kraftstoffzufuhrsystem zurückführt.
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Wenn
ein Motor startet, wird, bevor mechanische Energie vom Motor verfügbar ist,
um Motorsysteme anzutreiben, normalerweise Elektroenergie verwendet,
um den Motor „anzukurbeln" und die zum Motorstarten
notwendigen Motorsysteme, einschließlich der Kraftstoffpumpe,
anzutreiben. Die Kurbeldrehzahl während des Startens ist typischerweise
viel geringer als die Kurbelwellendrehzahl während des normalen Betriebs,
so dass ein Kühlsystem,
das es ermöglicht,
dass Kraftstoff während des
Startens zum Ableiten strömt,
eine größere Pumpe
erfordert, um bei einer niedrigen Drehzahl höhere Kraftstoff-Durchflussgeschwindigkeiten
zu gewährleisten.
Es ist jedoch nicht wünschenswert,
die Kraftstoffpumpe auf der Grundlage der Starterfordernisse zu
bemessen, weil die Kraftstoffpumpe während des normalen Betriebs,
der den Großteil
des Motorbetriebs darstellt, mit höheren Drehzahlen angetrieben werden
kann, und eine zum Gewährleisten
höherer Durchflussgeschwindigkeiten
zum Kühlen
während des
Startens bemessene Kraftstoffpumpe für den normalen Betrieb stark überbemessen
wäre. Eine andere
Besorgnis ist das Einsparen von Energie während der Startbedingungen.
Das Verringern des Elektroenergiebedarfs ist besonders wichtig,
wenn Elektroenergie von einer Batterie zugeführt wird, weil eine größere Batterie
benötigt
wird, falls der Energiebedarf höher
ist, und der höhere
Energiebedarf dazu führen
kann, dass zu viel Energie aus der Batterie abgezogen wird, falls
der Motor nicht sofort startet, was eine Beschädigung der Batterie verursacht
und/oder bewirkt, dass der Motor nicht startet.
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Der
Sollwert zum Öffnen
der Ableitungsventil-Baugruppe 130 wird so gewählt, dass
sie während der
Startbedingungen normalerweise geschlossen ist. Während des
Startens ist der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums 114 anfangs
niedriger als der normale Kraftstoffdruck während der Nachstartbedingungen.
Dadurch, dass während
des Startens kein Kraftstoff abgeleitet wird, kann eine kleinere
Pumpe eingesetzt werden, eine parasitäre Belastung wird beseitigt,
und der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums 114 kann
schneller ansteigen, verglichen mit einem Kraftstoff-Einspritzventil,
das fortlaufend einen Teil des Kraftstoffs aus seinem Kraftstoffhohlraum
ableitet.
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Vorteilhafterweise
ist normalerweise, verglichen mit Nachstartbedingungen, die Temperatur
der Einspritzspitze während
des Startens niedriger, so dass ein Kühlen der Einspritzspitze nicht
entscheidend ist.
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Nach
dem Starten ist mechanische Energie vom Motor verfügbar, um
Motorsysteme anzutreiben, einschließlich der Kraftstoffpumpe,
die dann typischerweise mit viel höheren Drehzahlen angetrieben wird,
und die parasitäre
Belastung zum Ableiten eines Teils des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffhohlraum 114 ist
nicht bedeutsam. Zusätzlich
ist die Anschlussöffnung 124 oder
der Ableitungsdurchgang 126 vorzugsweise so bemessen, dass
durch Beschränken der
Mengendurchflussgeschwindigkeit des Kraftstoffs, der aus dem Kraftstoffhohlraum 114 durch
den Ableitungsdurchgang 126 abgeleitet wird, eine Grenze
für die
parasitäre
Belastung bereitgestellt wird.
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In 2 bis
einschließlich
5 werden Merkmale, die wesentlich die gleichen sind wie die gleichwertigen
Merkmale von 1, durch in Schritten von 100
gesteigerte Bezugszahlen identifiziert. Falls gleichwertige Merkmale
wesentlich auf die gleiche Weise funktionieren, mag ihre Funktion
nicht wieder detailliert beschrieben werden.
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2 illustriert
eine andere bevorzugte Ausführungsform
eines flüssigkeitsgekühlten Kraftstoff-Einspritzventils.
Das Kraftstoff-Einspritzventil 200 umfasst ein Einspritzventilgehäuse 210 (wobei
in 2 nur der Einspritzspitzenab schnitt gezeigt wird), eine
bewegliche Nadel 220 und eine Ableitungsventil-Baugruppe 240.
Düsenöffnungen 212 werden nahe
dem Ende der Einspritzspitze bereitgestellt, und eine Nadelfeder 222 trägt dazu
bei, die Nadel 220 in die geschlossene Position vorzuspannen.
Ein ringförmiger
Raum zwischen dem Einspritzventilgehäuse 210 und der Nadel 220 definiert
einen Kraftstoffhohlraum 214. Kraftstoff kann dem Kraftstoffhohlraum 214 durch
eine Kraftstoffeinlassöffnung 216 zugeführt und
aus demselben durch eine Anschlussöffnung 224, einen
Ableitungsdurchgang 226 und eine Ableitungsöffnung 236 abgeleitet
werden.
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Die
Ableitungsventil-Baugruppe 240 steuert den Kraftstoffstrom
vom Kraftstoffhohlraum 214 zur Ableitung. Verglichen mit
der Ausführungsform
von 1 setzt die Ausführungsform von 2 eine
andere Art von Ableitungsventil-Baugruppe ein. Die Ableitungsventil-Baugruppe 240 ist
in wesentlich der gleichen Position wie die Ableitungsventil-Baugruppe 130 von 1,
und die Ableitungsventilfeder 234 funktioniert wesentlich
auf die gleiche Weise wie die Ableitungsventilfeder 134.
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Jedoch
ist das Ableitungsventilelement 242 ein Pendelelement,
das in der Richtung der Längsachse
des Kraftstoff-Einspritzventils 200 bewegt werden kann.
Um das Auslaufen zu verringern, sind die Seiten des Ableitungsventilelements 242,
die der Ventilkammerseitenwand 244 gegenüberliegen,
und die Seitenwand 244 vorzugsweise in satter Anlage. Wenn
die Ableitungsventil-Baugruppe 240 geschlossen ist, deckt
das Ventilelement 242 die Ableitungsöffnung 236 ab, um
den Kraftstoff gegen ein Strömen zur
Ableitung zu sperren. Die Ableitungsventil-Baugruppe 240 ist
offen, wenn der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums 214 und
des Ableitungsdurchgangs 226 ausreicht, um das Ableitungsventilelement 242 gegen
die Ableitungsventilfeder 234 zu drücken, so dass es den Kraftstoff
nicht mehr gegen ein Strömen
durch die Ableitungsöffnung 236 sperrt.
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3A, 3B und 3C illustrieren noch
eine andere bevorzugte Ausführungsform
eines flüssigkeitsgekühlten Kraftstoff-Einspritzventils.
Das Kraftstoff-Einspritzventil 300 umfasst
ein Einspritzventilgehäuse 310 (wobei
in den Figuren nur der Einspritzspitzenabschnitt gezeigt wird),
eine bewegliche Nadel 320 und eine Ableitungsventil-Baugruppe 350. Düsenöffnungen 312 werden
nahe dem Ende der Einspritzspitze bereitgestellt. Ein ringförmiger Raum zwischen
dem Einspritzventilgehäuse 310 und
der Nadel 320 definiert einen Kraftstoffhohlraum 314. Kraftstoff
kann dem Kraftstoffhohlraum 314 durch eine Kraftstoffeinlassöffnung 316 zugeführt und
aus demselben durch eine Anschlussöffnung 324, einen Ableitungsdurchgang 326 abgeleitet
werden.
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Die
Ableitungsventil-Baugruppe 350 steuert den Kraftstoffstrom
vom Kraftstoffhohlraum 314 zur Ableitung. Bei der Ausführungsform
von 3 umfasst die Ableitungsventil-Baugruppe 350 ein
Federbügelelement 352,
das um die Nadel 320 gewickelt ist, wie am besten in der
Stirnschnittansicht von 3B und
der perspektivischen Ansicht von 3C zu
sehen ist. Ein Ende des Federbügelelements 352 ist
feststehend der Nadel 320 zugeordnet, zum Beispiel durch
Einsetzen eines Endes in eine in der Oberfläche der Nadel 320 bereitgestellte
Rille. Das andere Ende des Federbügelelements 352 ist frei,
wird aber durch die Federkraft des Federbügelelements selbst gegen die
Nadel 320 gedrückt.
Wenn der Druck innerhalb des Kraftstoffhohlraums 314 jedoch
größer ist
als ein vorbestimmter Sollwert, stellt der Kraftstoffdruck eine Öffnungskraft
bereit, die das freie Ende des Federbügelelements 352 von
der Nadel 320 weg anhebt, so dass der Kraftstoff durch
die Ableitungsöffnung 354 und
in ein Ableitungssystem zum Zurückführen des
Kraftstoffs zum Kraftstoffzufuhrsystem strömen kann.
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4 illustriert
noch eine andere bevorzugte Ausführungsform
eines flüssigkeitsgekühlten Kraftstoff-Einspritzventils.
Das Kraftstoff-Einspritzventil 400 umfasst ein Einspritzventilgehäuse 410 (wobei
in 4 nur der Einspritzspitzenabschnitt gezeigt wird), eine
bewegliche Nadel 420 und eine Ableitungsventil-Baugruppe 460.
Düsenöffnungen 412 werden nahe
dem Ende der Einspritzspitze bereitgestellt, und eine Nadelfeder 422 trägt dazu
bei, die Nadel 420 in die geschlossene Position vorzuspannen.
Ein ringförmiger
Raum zwischen dem Einspritzventilgehäuse 410 und der Nadel 420 definiert
einen Kraftstoffhohlraum 414. Kraftstoff kann dem Kraftstoffhohlraum 414 durch
eine Kraftstoffeinlassöffnung 416 zugeführt werden.
Ein Unterschied zwischen der Ausführungsform von 4 und
den oben beschriebenen Ausführungsformen
ist, dass die Ableitungsdurchgänge
und die Ableitungsventil-Baugruppe innerhalb des Einspritzventilgehäuses 410 statt
innerhalb der Nadel 420 bereitgestellt werden.
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Wenn
der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffhohlraums 414 größer ist
als ein vorbestimmter Sollwert, wird ein Ableitungsventilelement 462 gegen
die Vorspannung einer Ableitungsventilfeder 464 aus seiner
festsitzenden geschlossenen Position angehoben, und Kraftstoff wird
durch einen Ableitungsdurchgang 425 und eine Ableitungsöffnung 427 aus
dem Kraftstoffhohlraum 414 abgeleitet.
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Unter
Bezugnahme auf 5 umfasst eine kombinierte Ventilbaugruppe 500 eine
innere Ventilbaugruppe, die wesentlich die gleiche ist wie das flüssigkeitsgekühlte Kraftstoff-Einspritzventil 100.
Gleiche Merkmale werden durch gleiche Bezugszahlen identifiziert.
Der Hauptunterschied bei der Ausführungsform von 5 ist,
dass das flüssigkeitsgekühlte Kraftstoff-Einspritzventil
ein Bauteil der kombinierten Kraftstoff-Einspritzventilbaugruppe 500 ist,
die zum unabhängigen
und gesonderten Einspritzen von Kraftstoff unmittelbar in eine Verbrennungskammer durch
zwei Sätze
von Düsenöffnungen
eingesetzt wird. Der durch jeden Satz von Düsenöffnungen eingespritzte Kraftstoff
kann unterschiedlicher Kraftstoff oder der gleiche Kraftstoff sein.
Das innere Kraftstoff-Einspritzventilgehäuse 110 dient
ebenfalls als bewegliches Nadelelement für eine äußere Ventilbaugruppe.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das innere Kraftstoff-Einspritzventil
eingesetzt, um eine kleine Menge an Zündkraftstoff einzuspritzen, während die äußere Ventilbaugruppe
eingesetzt wird, um einen gasförmigen
Kraftstoff einzuspritzen, der auf einer Energiegrundlage mehr als
95 % des dem Motor zugeführten
Kraftstoffs darstellen kann.
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Das
Einspritzventil für
gasförmigen
Kraftstoff umfasst ferner ein äußeres Gehäuse 510 und
Dichtungsflächen
an demselben, um mit Merkmalen des inneren Kraftstoff-Einspritzventilgehäuses 110 zusammenzuwirken,
um das Einspritzventil für
gasförmigen
Kraftstoff zu schließen.
Düsenöffnungen 512 für gasförmigen Kraftstoff
stellen ein Mittel bereit, um den gasförmigen Kraftstoff aus dem Hohlraum 514 für gasförmigen Kraftstoff
in die Verbrennungskammer einzuspritzen, wenn das innere Kraftstoff-Einspritzventilgehäuse 110 von
den Dichtungsflächen des äußeren Gehäuses 510 weg
angehoben wird.
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Während des
Betriebs wird flüssiger
Kraftstoff der Einlassöffnung 116 für flüssigen Kraftstoff durch
eine Zufuhrleitung 516 für flüssigen Kraftstoff zugeführt, und
gasförmiger
Kraftstoff wird dem Hohlraum 514 für gasförmigen Kraftstoff durch eine
Zufuhrleitung 517 für
gasförmigen
Kraftstoff zugeführt.
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Die
Ausführungsform
von 5 kann ebenfalls eingesetzt werden, um durch beide
Sätze von Düsenöffnungen
den gleichen Kraftstoff einzuspritzen. Diese Anordnung kann benutzt
werden, um ein genaues Kraftstoffdosieren über einen weiteren Bereich
von Kraftstoffversorgungsniveaus zu gewährleisten. Zum Beispiel kann
das innere flüssigkeitsgekühlte Kraftstoff-Einspritzventil
verwendet werden, wenn es wünschenswert
ist, eine verbesserte Kontrolle über
das Kraftstoffdosieren bei Leerlauf- oder niedrigen Lasten zu haben,
wenn kleinere Mengen an Kraftstoff benötigt werden, und die äußere Ventilbaugruppe
kann bei höheren
Lasten verwendet werden, wenn größere Mengen
an Kraftstoff benötigt werden.
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Unter
Bezugnahme auf 6 umfasst ein flüssigkeitsgekühltes Kraftstoff-Einspritzventil 600, zusätzlich zu
einem Ableitungsdurchgang 625, einer Ableitungsöffnung 627 und
einer Ableitungsventil-Baugruppe 660, ferner eine Absteuerbohrung 670, die
von einem Kraftstoffhohlraum 614 isoliert ist, wenn ein
Ventilelement 620 an einer Dichtungsfläche eines Einspritzventilgehäuses 610 festsitzt.
Die Absteuerbohrung 670 kann eingesetzt werden, um die Geschwindigkeit
der Kraftstoffeinspritzung während eines
Einspritzvorgangs zu gestalten, wie in der Patentschrift der Vereinigten
Staaten Nr. 5,765,755 beschrieben. Die Absteuerbohrung 670 erstreckt
sich zwischen dem Totvolumen 672 und den Ableitungsdurchgängen innerhalb
des Kraftstoff-Einspritzventils 600. Bei der illustrierten
Ausführungsform
ermöglicht die
Absteuerbohrung 670 einen zusätzlichen Kraftstoffstrom in
das Ableitungssystem während
eines Einspritzvorgangs.
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Ein
Ventilelement 620 kann mit einem zweiten Sitz zwischen
dem Totvolumen 672 und einer Düsenöffnung 612 zusammenwirken,
um zu verhindern, dass verdichtete Luft und Verbrennungsprodukte
in das Ableitungssystem eintreten, wenn das Kraftstoff-Einspritzventil
geschlossen ist.