AT505383A1

AT505383A1 - Kraftstoff-einspritzvorrichtung mit wählbarer verstärkung

Info

Publication number: AT505383A1
Application number: AT0953006A
Authority: AT
Inventors: Daniel R Ibrahim; Ronald D Shinogle
Original assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-12-15
Also published as: CN101360908A; CN101360908B; US8100110B2; DE112006003490T5; WO2007084243A2; US20070175448A1; WO2007084243A3

Description

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Beschreibung

Technisches Gebiet

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen für Verbrennungsmotoren, und insbesondere eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, die eine variable Verstärkung vorsieht.

Hintergrund

Die genaue Steuerung der Quantität und die Zeitwahl des in eine Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors abgegebenen Kraftstoffs kann zu einer Steigerung der Motorleistung und/oder Verringerung der Erzeugung unerwünschter Emissionen führen. Um die Steuerung der Quantität und der Zeitwahl der Kraftstoffabgabe zu verbessern, kann ein typisches Kraftstoffeinspritzsystem und insbesondere eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, eine Verstärker-Anordnung aufweisen, die den Kraftstoff zur Verwendung in der Verbrennungskammer unter Druck setzt. Verstärker-Anordnungen können vom Dual-Fluid-Typ oder vom Einzel-Fluid-Typ sein.

Bei einer Verstärker-Anordnung vom Dual-Fluid-Typ tritt Kraftstoff in eine Druckkammer der Verstärker-Anordnung ein, und ein Betätigungsfluid mit relativ hohem Druck, wie ein Motorschmieröl, tritt in die Steuerkammer der Verstärker-Anordnung ein. Ein steuerbares Ventil, gewöhnlich ein Magnet-Typ-Ventil, steuert die Strömung des Hochdruck-Betätigungsfluids in die Steuerkammer, indem es einen Hochdruck-Einlass öffnet und schließt. Die Aktivierung des Magnetventils öffnet den Hochdruck-Einlass und ermöglicht es, dass das Hochdruck-Aktivierungsfluid auf ein Ende des Verstärker-Kolbens wirkt. Das andere Ende des Verstärker-Kolbens steht in Kontakt mit dem Kraftstoff in der Druckkammer. Weil das Hochdruck-Aktivierungsfluid in der Steuerkammer einen höheren Druck hat als der Kraftstoff, und weil das Hochdruck-Aktivierungsfluid auf einen Oberflächenbereich des Verstärker-Kolbens wirkt, der größer als der mit dem Kraftstoff in Kontakt stehende Oberflächenbereich ist, treibt das Hochdruck-Aktivierungsfluid den Verstärker-Kolben zu einer vorgerückten Position hin. Während sich der Verstärker-Kolben in seine vorgerückte Position bewegt, wirkt er auf den Kraftstoff in der Druckkammer und steigert den Kraftstoff-Druck. Wenn der durch den Verstärker-Kolben bewirkte Druck einen Ventil-Öffnungsdruck erreicht, öffnet ein durch eine Feder vorgespanntes

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Nadelrückschlagelement („needle check"), um die Kraftstoffeinspritzung in eine Verbrennungskammer des Motors zu beginnen. Deaktivieren des Magnetventils beendet den Einspritz-Zyklus und entspannt den Druck in der Steuerkammer der Verstärker-Anordnung. Entspannen des Drucks in der Steuerkammer verringert den Kraftstoff-Druck in der Druckkammer, was bewirkt, dass das Nadelrückschlagelement unter dem Einfluss seiner Rückstellfeder schließt. Ein Schließen des Nadelrückschlagelements beendet die KraftStoff-Einspritzung.

Verstärker-Anordnungen vom Einzel-Fluid-Typ benützen kein Hochdruck-Motorenöl als Betätigungsfluid. Statt dessen benützen Einzel-Fluid-Verstärker-Anordnungen dasselbe Fluid (Kraftstoff) zur Verwendung sowohl in der Druckkammer als auch in der Steuerkammer. Bei einer Einzel-Fluid-Verstärker-Anordnung liefert der Motor unter Druck befindlichen Kraftstoff an die Kraftstoff-Ein-spritzvorrichtung aus einem Hochdruck-Vorrat, wie einer gemeinsamen Hochdruck-Kraftstoffleitung („high pressure common rail"). Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung liefert selektiv den unter Druck befindlichen Kraftstoff an die Steuerkammer, um auf ein Ende des Verstärker-Kolbens zu wirken. Kraftstoff wird auch der Druckkammer der Verstärker-Anordnung zugeführt. Wenn der Kraftstoff selektiv der Steuerkammer zugeführt wird, wirkt er auf den Verstärker-Kolben. Der Verstärker-Kolben wirkt dann auf den Kraftstoff in der Druckkammer, wobei der Druck des Kraftstoffs in der Druckkammer bis über den Druck des der Steuerkammer zugeführten Kraftstoffs erhöht wird. Dies geschieht, weil der Kraftstoff in der Steuerkammer auf einen größeren Oberflächenbereich des Verstärker-Kolbens wirkt als der Kraftstoff in der Druckkammer.

Das ÜS-Patent Nr. 6,453,875 („das '875-Patent") offenbart beispielsweise eine Verstärker-Anordnung vom Einzel-Fluid-Typ für eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung. Das '875-Patent offenbart ein Kraftstoff-Einspritzsystem einschließlich einer Druckerhöhungseinheit mit einer Druckkammer, die mit einer Düsenkammer über eine Druckleitung und eine Druckspeicherkammer in Verbindung steht. Die Steuerung der Druckerhöhungseinheit wird hydraulisch bewirkt durch Aufbringen von Druck aus einer Differentialkammer der Druckerhöhungseinheit. Das '875-Patent benötigt jedoch eine Umgehungsleitung parallel zur Erhöhungseinheit, um der Düse Kraftstoff zuzuführen. Der Zusatz der Umge-

NACHGEREICHT ····· ··· · · • · · · ··· ·· ··· · · • ·· ·· · · · · · · • ·· ·· ·· · · · · - 3 - hungsleitung nimmt in so eng begrenzten Systemen wertvollen Raum in Anspruch und erhöht die Kosten und die Komplexität des Systems .

Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung löst eines oder mehrere der oben angeführten Probleme.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung einen Verstärker auf, der mit mindestens einem Ablass und einer unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle verbunden ist. Der Verstärker weist eine Steuerkammer auf, die koaxial einer Verstärkungskammer gegenüberliegend positioniert ist, sowie eine Druckkammer, die koaxial zwischen der Steuerkammer und der Verstärkungskammer positioniert ist. Die Steuerkammer steht wahlweise mit dem Ablass und mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle in Fluid-Verbindung, die Verstärkungskammer steht mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle in Verbindung, und die Druckkammer steht mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle und einer Düsenanordnung in Verbindung.

Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform weist eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung einen Verstärker auf, der mit mindestens einem Ablass und einer unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle verbunden ist. Der Verstärker weist eine Innenkammer auf, in der ein Verstärker-Kolben untergebracht ist, der die Innenkammer in eine Steuerkammer, eine Verstärkungskammer und eine Druckkammer unterteilt. Die Steuerkammer ist wahlweise mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle und dem Ablass in Fluid-Verbindung, die Verstärkungskammer ist mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle in Fluid-Verbindung, und die Druckkammer steht mit einem Strömungssteuerventil und einer Düsenanordnung in Fluid-Verbindung. Das Strömungssteuerventil ermöglicht eine kontinuierliche Fluid-Zufuhr zur Druckkammer.

Bei noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform weist ein Verfahren zum selektiven Verstärken von Kraftstoff zum Einspritzen unter Verwendung einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung das Leiten von Kraftstoff zu einer Steuerkammer, einer Verstärkungskammer und einer Druckkammer eines Verstärker-Kolbens von einer unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle auf. Die Steuerkammer steht wahlweise mit dem Abfluss und der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle in Fluid-Verbindung, die

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Verstärkungskammer steht mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle in Verbindung, und die Druckkammer steht mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle und einer Düsenanordnung in Verbindung. Das Verfahren umfasst weiters das unter Druck Setzen von Kraftstoff in der Druckkammer durch selektives Verbinden der Steuerkammer mit dem Ablass, und das Steuern der Einspritzung durch selektives Verbinden der Düsenanordnung mit dem Ablass.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung mit einem Verstärker-Kolben in einer Ausgangsposition gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Kraftstoff-Ein-spritzvorrichtung der Fig. 1, die verstärkten Kraftstoff einspritzt; und

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Kraftstoff-Ein-spritzvorrichtung der Fig. 1, die nicht-verstärkten Kraftstoff einspritzt.

Detaillierte Beschreibung

Es wird nun im Detail auf beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind, Bezug genommen. Wo immer es möglich ist, werden dieselben Bezugszeichen in allen Zeichnungen verwendet, um die gleichen oder ähnliche Teile zu bezeichnen.

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung ist allgemein im Schema der Fig. 1 gezeigt. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 kann eine Verstärker-Anordnung 12 einschließlich eines Zylinders 14, einer Innenkammer 16, in der ein Kolben 18 untergebracht ist, und eine Kolbenfeder 20 aufweisen. Der Kolben 18 kann T-förmig sein. Alternativ kann der Kolben 18 eine andere Form haben. Die Innenkammer 16 kann so geformt sein, dass sie den Kolben 18 so aufnimmt, dass der Kolben 18 die Innenkammer 16 in eine Verstärkungskammer 22, eine Druckkammer 24 und eine Steuerkammer 26 unterteilt. Diese Unterteilung der Innenkammer 16 durch den Kolben 18 ermöglicht es, dass der Oberflächenbereich des Kolbens 18, der mit der Verstärkungskammer 22 in Kontakt steht, größer ist als der Oberflächenbereich des Kolbens 18, der mit der Druckkammer 24 in Kontakt steht. Sie ermöglicht auch, dass der Oberflächenbereich des Kol-

NACHGEREICHT ····· ··· ·· • · · · ··♦ ·· ··· · · • ·· ·· ·· ♦ · · · • ·· «« · · · ·· · - 5 - bens 18, der mit der Verstärkungskammer 22 in Kontakt steht, größer ist als der Oberflächenbereich des Kolbens 18, der mit der Steuerkammer 26 in Kontakt steht. Die Kolbenfeder 20 kann koaxial innerhalb der Druckkammer 24 positioniert sein, um den Kolben 18 zu einer ersten oder Ausgangsposition hin vorzuspannen.

Die Verstärkungskammer 22 kann mit einer Kraftstoffleitung 28 in Fluid-Verbindung stehen. Die Kraftstoffleitung 28 kann mit einer Hochdruck-Kraftstoffquelle 30, wie einer Hochdruck-Kraftstof f-Sammeleinrichtung oder gemeinsamen Leitung („common rail") in Fluid-Verbindung stehen. Die Verstärkungskammer 22 kann sich koaxial an einem Ende des Kolbens 18 gegenüber der Steuerkammer 26 befinden. Bei der beispielhaften Äusführungsform kann die Verstärkungskammer 22 zwischen einem Kolbenkopf 19 des Kolbens 18 und der Innenkammer 16 positioniert sein.

Die Steuerkammer 26 kann durch ein erstes Steuerventil 32 wahlweise mit der Kraftstoffleitung 28 oder dem Niederdruck-Ablass 34 in Fluid-Verbindung stehen. Die Steuerkammer 26 kann koaxial an einem Ende des Kolbens 18 gegenüber der Verstärkungskammer 22 positioniert sein. Bei der beispielhaften Ausführungsform kann die Steuerkammer 26 gegenüber dem Kolbenkopf 19 zwischen dem Kolben 18 und der Innenkammer 16 positioniert sein.

Das erste Steuerventil 32 kann ein magnetisch betätigtes Steuerventil sein. Magnetisch betätigte Steuerventile steuern typischerweise die Bewegung eines Ventilelements von einer Schließ-Position in eine Offen-Position unter Verwendung einer Vorspannfeder und einer durch einen Magnet erzeugten elektromagnetischen Kraft. Es sei jedoch verstanden, dass andere Arten von Steuerventilanordnungen, wie piezoelektrische Ventile, mit der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können. Demgemäß ermöglicht die Versorgung des ersten Steuerventils 32 mit Energie eine Verbindung zwischen der Steuerkammer 26 und einem Niederdruck-Ablass 34 und verhindert eine Verbindung zwischen der Kraftstoffleitung 28 und der Steuerkammer 26. Das Abschalten des ersten Steuerventils 32 ermöglicht eine Verbindung zwischen der Kraftstoffleitung 28 und der Steuerkammer 26.

Die Druckkammer 24 kann sowohl mit der Kraftstoffleitung 28 als auch mit der Düsenanordnung 52 in Fluid-Verbindung stehen.

Die Druckkammer 24 kann koaxial zwischen der Steuerkammer 26 und \ NACHGEREICHT | - 6 - • · • · • · • · • · • · • · • · der Verstärkungskammer 22 positioniert sein. Bei der beispielhaften Ausführungsform kann sich die Druckkammer 24 zwischen dem Kolbenkopf 19 und der Innenkammer 16 befinden.

Ein Einweg-Ventil 36 ermöglicht eine Verbindung von der Kraftstoffleitung 28 zur Druckkammer 24 und verhindert eine Verbindung von der Druckkammer 24 zur Kraftstoffleitung 28. Das Einweg-Ventil 36 kann ein Kugelventil oder ein ähnliches Sperrventil sein. Das Einweg-Ventil 36 kann passiv arbeiten. Beispielsweise gestattet ein Kugelventil, dass Fluid in eine Richtung strömt, und verhindert passiv, dass Fluid in die andere Richtung strömt. Dies erfolgt, weil das Fluid die Kugel gegen die Ventilöffnung drückt, und die Kugel das Fluid am Strömen hindert.

Die Düsenanordnung 52 kann ein zweites Steuerventil 38, eine Düsenkammer 48, eine Düsenfeder 46 und einen Düsen-Kontrollkol-ben („nozzle check piston") 40 aufweisen. Der Düsen-Kontrollkol-ben 40 kann T-förmig sein oder eine andere Form haben. Der Düsen-Kontrollkolben 40 kann in der Düsenkammer 48 deponiert sein, wobei er die Düsenkammer 48 in einen Kontroll-Hohlraum 49 und einen Düsen-Hohlraum 50 unterteilt. Das zweite Steuerventil 38 kann durch einen Düsen-Kontrollweg 42 direkt mit dem Kontroll-Hohlraum 49 verbunden sein. Der Düsen-Kontrollkolben 40 kann sich zwischen einer ersten oder Schließ-Position (Fig. 1) und einer zweiten oder Offen-Position (Fig. 2) bewegen. In seiner Schließ-Position verhindert der Düsen-Kontrollkolben 40 eine Verbindung zwischen einer oder mehreren Strömungsöffnungen 44 und Hochdruck-Kraftstoff im Düsen-Hohlraum 50. In seiner Offen-Position gestattet der Düsen-Kontrollkolben 40 eine Verbindung zwischen Hochdruck-Kraftstoff im Düsen-Hohlraum 50 und der Strömungsöffnung 44. Hochdruck-Kraftstoff im Düsen-Kontrollweg 42 und die Düsenfeder 46 spannen den Düsen-Kontrollkolben 40 zu seiner Schließ-Position hin vor.

Das zweite Steuerventil 38 kann ein magnetisch betätigtes Steuerventil sein. Wie oben angemerkt, steuern typische magnetisch betätigte Steuerventile die Bewegung eines Ventilelements von einer Schließ-Position in eine Offen-Position unter Verwendung einer Vorspannfeder und einer durch einen Magnet erzeugten elektromagnetischen Kraft. Es sei jedoch verstanden, dass andere Arten von Steuerventilanordnungen, wie piezoelektrische Ventile, mit der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können. Demge-

NACHGEREICHT ····· ··· ·· • · · · ··· ·· ··♦ · · • · · · ♦ ·· · · · · • · · · ♦ ·· · · · · - 7 - mäß ermöglicht die Versorgung des zweiten Steuerventils 38 mit Energie eine Verbindung zwischen dem Düsen-Kontrollweg 42 und einem Niederdruck-Ablass 34. Weiters verhindert eine Versorgung des zweiten Steuerventils 38 mit Energie eine Verbindung zwischen der Druckkammer 24 und dem Düsen-Kontrollweg 42. Das Abschalten des zweiten Steuerventils 38 ermöglicht eine Verbindung zwischen einer Druckkammer 24 und dem Düsen-Kontrollweg 42 (Fig. 1) .

Eine Steuereinheit (nicht gezeigt) für die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 steuert die Aktivierung des ersten Steuerventils 32 und des zweiten Steuerventils 38. Alternativ kann mehr als eine Steuereinheit verwendet werden, um die Aktivierung des ersten Steuerventils 32 und des zweiten Steuerventils 38 zu steuern.

Es sei verstanden, dass die vorliegende Offenbarung eine Einspritz-Ende-Geschwindigkeitsformung („end of injection rate shaping") benützen kann, wie sie auf dem Gebiet praktiziert wird, um unerwünschte Emissionen zu verringern und die Kraftstoff-Effizienz zu verbessern. Beispielsweise kann die Steuereinheit ein zweites Steuerventil 38 so betätigen, dass verschiedene Kraftstoff-Einspritzgeschwindigkeitsformen, einschließlich quadratisch, „boot"-förmig („boot"), rampenförmig oder ähnliche Geschwindigkeitsformen erzeugt werden, um bestimmten Betriebsbedingungen der Arbeitsmaschine mit bestimmten Geschwindigkeitsformen zu entsprechen, um die Kraftstoff-Effizienz zu verbessern und unerwünschte Emissionen zu verringern.

Es sei verstanden, dass jede der oben beschriebenen Komponenten in einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 mit einer einzigen Einheit inkludiert werden kann. Alternativ kann eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 separate Komponenten aufweisen, die die Düsenanordnung 52 bilden.

Jede der oben beschriebenen Komponenten kann aus jedem starren Material, wie Stahl, Aluminium oder Gusseisen, hergestellt werden.

Industrielle Anwendbarkeit

Vor dem Einspritzen ermöglicht das erste Steuerventil 32 eine Verbindung zwischen der Kraftstoffleitung 28 und der Steu-erkamxner 26. Kraftstoff tritt aus der Kraftstoffleitung 28 in die Druckkammer 24 ein, nachdem er ein Einweg-Ventil 36 passiert hat. Kraftstoff tritt aus der Kraftstoffleitung 28 auch in die

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Verstärkungskammer 22 ein. Die Kolbenfeder 20 wirkt zusammen mit dem Druck aus der Druckkammer 24 und dem Druck aus der Steuerkammer 26 auf den Kolben 18 und drängt den Kolben 18 in eine vollständig offene Position, wie in Fig. 1 ersichtlich.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 aktiviert zum Unter-Druck-Setzen von Kraftstoff in der Druckkammer 24 die Steuereinheit das erste Steuerventil 32, um eine Fluid-Verbindung zwischen der Steuerkammer 26 und dem Niederdruck-Ablass 34 zu ermöglichen. Wenn es aktiviert ist, verhindert das erste Steuerventil 32 eine Verbindung zwischen der Kraftstoffleitung 28 und der Steuerkammer 26. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann, wenn das erste Steuerventil 32 aktiviert ist, Kraftstoff in der Steuerkammer 26 mit dem Niederdruck-Ablass 34 in Verbindung stehen und ausströmen, wenn der Druck im Niederdruck-Ablass 34 geringer ist als der Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer 26. Während der Kraftstoff in der Steuerkammer 26 heraus zum Niederdruck-Ablass 34 strömt, drückt Kraftstoff in der Verstärkungskammer 22 den Kolben 18 aus seiner Ausgangsposition weg und verringert die Größe der Druckkammer 24. Diese Größenverringerung der Druckkammer 24 setzt den Kraftstoff in der Druckkammer 24 unter Druck oder verstärkt ihn.

Um den verstärkten Kraftstoff in die Verbrennungskammer (nicht gezeigt) einzuspritzen, aktiviert die Steuereinheit das zweite Steuerventil 38, um eine Verbindung zischen dem Düsen-Kontrollweg 42 und dem Niederdruck-Ablass 34 zu ermöglichen. Während der Druck im Düsen-Kontrollweg 42 abnimmt, drückt Druck vom Kraftstoff im Düsen-Hohlraum 50 den Düsen-Kontrollkolben 40 zu seiner Offen-Position hin, wie in Fig. 2 gezeigt, gegen die Kraft der Düsen-Feder 46. In seiner Offen-Position ermöglicht der Düsen-Kontrollkolben 40 eine Verbindung zwischen der einen oder den mehreren Strömungsöffnungen 44 und dem Düsen-Hohlraum 50, wobei ermöglicht wird, dass Kraftstoff in die Verbrennungskammer eintritt.

Um die Einspritzung zu beenden, deaktiviert die Steuereinheit das zweite Steuerventil 38, was eine Verbindung zwischen dem Düsen-Kontrollweg 42 und der Druckkammer 24 ermöglicht.

Druck aus dem Kraftstoff im Kontroll-Hohlraum 48 und aus der Düsenfeder 46 drängen den Düsen-Kontrollkolben 40 zu seiner Schließ-Position hin, was die Einspritzung beendet.

Alternativ kann eine Einspritzung ohne Aktivierung des ersten Steuerventils 32 erfolgen. Bei diesem Vorgang kann nicht-

| NACHGEREICHT ····· · · · · • · ♦ · ··· ·· ··· · • · ♦ · · ·· · · · • · · ·· ·· · ·· - 9 - verstärkter Kraftstoff in die Einspritzkammer eingespritzt werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 betritt Hochdruck-Kraftstoff die Druckkammer 24 aus der KRaftstoffleitung 28, nachdem er das Einweg-Ventil 36 passiert hat. Kraftstoff tritt auch in die Verstärkungskammer 22 aus der Kraftstoffleitung 28 ein. Bei Deaktivierung ermöglicht das erste Steuerventil 32 eine Verbindung zwischen der Kraftstoffleitung 28 und der Steuerkammer 26. Die Kolbenfeder 20 wirkt zusammen mit Druck aus der Druckkammer 24 und mit Druck aus der Steuerkammer 26 auf den Kolben 18 und drückt den Kolben 18 zu seiner Ausgangsposition hin, wie in Fig. 1 gezeigt. Um die Einspritzung zu beginnen, aktiviert die Steuereinheit das zweite Steuerventil 38, um eine Verbindung zwischen dem Düsen-Kontrollweg 42 und dem Niederdruck-Ablass 34 zu ermöglichen. Druck aus dem Kraftstoff im Düsen-Hohlraum 50 drückt den Düsen-Kontrollkolben 40 zu seiner Offen-Position hin, während der Druck im Düsen-Kontrollweg 42 abnimmt. In seiner Of-fen-Position ermöglicht der Düsen-Kontrollkolben 40 eine Fluid-Verbindung zwischen der Strömungsöffnung 44 und dem Düsen-Hohlraum 50, was ermöglicht, dass Kraftstoff in die Verbrennungskam-mer strömt, wie in Fig. 3 veranschaulicht. Diese Anordnung ermöglicht es, dass Kraftstoff aus der Hochdruck-Kraftstoffquel-le 30 durch die Druckkammer 24 der Verstärkeranordnung 12 und in die Verbrennungskammer strömt, ohne den Kraftstoff zu verstärken. Um die Einspritzung zu beenden, deaktiviert die Steuereinheit das zweite Steuerventil 38, was eine Verbindung zwischen dem Düsen-Kontrollweg 42 und der Druckkammer 24 ermöglicht.

Druck aus dem Kraftstoff im Düsen-Kontrollweg 42 und von der Düsenfeder 46 drücken den Düsen-Kontrollkolben 40 zu seiner Schließ-Position hin, was die Einspritzung beendet.

Diese Anordnung von ersten, zweiten und Einweg-Ventilen 32, 38 und 36 mit der Verstärkeranordnung 12 und die Benützung der Innenkammer 16 ermöglicht eine Nicht-Verstärkung ohne eine separate Umgehungs-Kraftstoffleitung zum Verbinden der Hochdruck-Kraftstof fquelle 30 mit dem Düsen-Hohlraum 50 zu erfordern. Wie oben beschrieben, strömt Hochdruck-Kraftstoff von der Hochdruck-Kraftstof fquelle 30 zum Einweg-Ventil 36 durch die Druckkammer 24 zum Düsen-Hohlraum 50. Durch selektive Aktivierung des ersten Steuerventils 32, kann die Steuereinheit für die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 verstärkten oder nicht-verstärkten Kraftstoff zum Düsen-Kontrollkolben 40 zwecks Einspritzung in die

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Verbrennungskammer schicken. Diese Anordnung von Komponenten ist weniger komplex als Umgehungs-Anordnungen, die eine nicht-verstärkte Kraftstoff-Einspritzung ermöglichen. Außerdem kann die Verringerung der Anzahl der Komponenten und/oder Kraftstoff-Wege, die benötigt sind, damit sowohl verstärkter als auch nicht-verstärkter Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingespritzt werden kann, die Kosten verringern.

Zwischen Einspritzungen deaktiviert die Steuereinheit das erste Steuerventil 32, was eine Verbindung zwischen der Kraftstof fleitung 28 und der Steuerkammer 26 ermöglicht. Druck vom Kraftstoff in der Druckkammer 24 und Druck vom Kraftstoff in der Steuerkammer 26 zusammen mit der Kraft von der Kolbenfeder 30 bewirken, dass der Kolben 18 in seine vollständig offene Position zurückkehrt, wie in Fig. 1 veranschaulicht. Für einige Anwendungen kann sich das selektive Steuern des Ausmaßes der Verstärkerkolben-Rückstellung als vorteilhaft erweisen. Beispielsweise kann die Steuereinheit die Aktivierung des ersten Steuerventils 32 steuern, um die Menge der Kolben-18-Rückstellung zu steuern und um zu bewirken, dass der Kolben 18 nur teilweise in seine vollständig offene Position zurückkehrt. Um dies zu erreichen, deaktiviert die Steuereinheit das erste Steuerventil 32 für eine bestimmte Zeitspanne während der Einspritzungen. Die Länge der Deaktivierung des Steuerventils 32 würde einer bestimmten Menge an Hochdruck-Kraftstoff entsprechen, die in die Kontrollkammer 26 eintreten darf. Der Kraftstoff in der Steuerkammer 26 bewirkt eine Erhöhung des auf den Kolben 18 wirkenden Kraftstoffdrucks. Diese Erhöhung des Drucks in der Steuerkammer 26 würde die Kraft von der Kolbenfeder 20 und den Druck vom Kraftstoff in der Druckkammer 24 vermehren, um den Kolben 18 zu seiner Ausgangsposition hin zu drücken. Das Ausmaß an Kraft vom Kraftstoff in der Steuerkammer 26 wäre geringer als das Ausmaß, das benötigt ist, um den Kolben in seine Ausgangsposition zu drücken, weil nur eine gewisse Menge an Kraftstoff in die Steuerkammer 26 eintreten dürfte. Wenn das erste Steuerventil 32 aktiviert ist und Kraftstoff aus der Steuerkammer 26 zum Niederdruck-Ablass 34 strömt, wird die Verringerung der Größe der Druckkammer 24 geringer sein als die Verringerung in der Druckkammer 24, wenn der Kolben 18 in seiner Ausgangsposition ist. Um das Ausmaß der Verstärkung unter Verwendung des ersten Steuerventils 32 zu steuern, kann der Her-

NACHGEREICHT steiler der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 eine nominale Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 testen, um die Menge an Verstärkung für jede Aktivierungsdauer des ersten Steuerventils 32 zu bestimmen. Auf Basis dieser Tests kann der Hersteller eine Karte der Verstärkung als Funktion der Aktivierungsdauer des ersten Steuerventils 32 erzeugen, damit diese von der Steuereinheit verwendet wird. Das Steuern des Ausmaßes der Verstärkung würde es möglich machen, dass die Steuereinheit ein bestimmtes Ausmaß an Verstärkung an eine bestimmte Betriebsbedingung anpasst, um die Kraftstoff-Effizienz zu verbessern und/oder unerwünschte Emissionen zu verringern.

Es sei verstanden, dass alternative Strömungskonfigurationen implementiert werden können, vorausgesetzt, dass ein Steuerventil die Aktivierung des Verstärkerkolbens steuert, ein weiteres Steuerventil die Einspritzung direkt steuert und Kraftstoff durch den Verstärker zur Düsenspitze strömt. Weiters ist verständlich, dass, obgleich die vorliegende Offenbarung in Verbindung mit einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 beschrieben ist, die Offenbarung für mehrere Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen anwendbar ist.

Andere Ausführungsformen der Offenbarung werden für den Fachmann aus der Betrachtung der Beschreibung und der Ausübung der darin geoffenbarten Offenbarung ersichtlich. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft anzusehen sind, wobei der wahre Umfang und Geist der Offenbarung durch die folgenden Patentansprüche und ihre Äquivalente angezeigt sind.

NACHGEREICHT

Claims

Patentansprüche: 1. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung mit: einem Verstärker, der mit mindestens einem Ablass und einer unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle in Fluid-Verbindung steht; wobei der Verstärker eine Steuerkammer aufweist, die koaxial gegenüber einer Verstärkungskammer positioniert ist, sowie eine Druckkammer, die koaxial zwischen der Steuerkammer und der Verstärkungskammer positioniert ist; die Steuerkammer wahlweise mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle und dem Ablass in Fluid-Verbindung steht; die Verstärkungskammer mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle in Fluid-Verbindung steht; und die Druckkammer mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle und einer Düsenanordnung in Fluid-Verbindung steht.
2. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Strömungssteuerventil eine Fluid-Verbindung zwischen der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle und der Druckkammer ermöglicht .
3. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Strömungssteuerventil passiv betrieben wird.
4. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Strömungssteuerventil ein Kugelventil ist.
5. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein erstes Steuerventil die Steuerkammer wahlweise mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle oder dem Ablass verbindet.
6. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Düsenanordnung ein zweites Steuerventil aufweist, um wahlweise einen Düsen-Kontrollweg mit dem Ablass oder der Druckkammer zu verbinden.
7. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das erste und das zweite Steuerventil magnetische Betätigungselemente sind. - 13 - • ·
8. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung mit: einem Verstärker, der mit mindestens einem Ablass und einer unter Druck befindlichen KraftStoffquelle in Verbindung steht; wobei der Verstärker eine Innenkammer aufweist, in der ein Verstärker-Kolben untergebracht ist, der die Innenkammer in eine Steuerkammer, eine Verstärkungskammer und eine Druckkammer unterteilt, die Steuerkammer wahlweise mit der unter Druck befindlichen KraftStoffquelle und dem Ablass in Fluid-Verbindung steht; die Verstärkungskammer mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle in Fluid-Verbindung steht; die Druckkammer mit einem Strömungssteuerventil und einer Düsenanordnung in Fluid-Verbindung steht, und das Strömungssteuerventil eine kontinuierliche Zufuhr von Fluid zur Druckkammer ermöglicht.
9. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein Strömungssteuerventil eine Fluid-Verbindung zwischen der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle und der Druckkammer ermöglicht .
10. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Strömungssteuerventil passiv betrieben wird.
11. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Strömungssteuerventil ein Kugelventil ist.
12. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein erstes Steuerventil die Steuerkammer wahlweise mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle oder dem Ablass verbindet.
13. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Düsenanordnung ein zweites Steuerventil aufweist, um wahlweise einen Düsen-Kontrollweg mit dem Ablass oder der Druckkammer zu verbinden.
14. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das erste und das zweite Steuerventil magnetische Betätigungselemente sind. _ NACHGEREICHT 14
15. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Steuerkaxnmer koaxial gegenüber der Verstärkungskammer positioniert ist und die Druckkammer koaxial zwischen der Steuerkammer und der Verstärkungskammer positioniert ist.
16. Verfahren zum selektiven Verstärken von Kraftstoff zur Einspritzung unter Verwendung einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, wobei: wahlweise eine Verstärkungskammer mit einer unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle und mindestens einem Ablass in Fluid-Verbindung gebracht wird; eine Druckkammer mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle in Fluid-Verbindung gebracht wird; die Druckkammer mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle und einer Düsenanordnung in Fluid-Verbindung gebracht wird; der Kraftstoff in der Druckkammer unter Druck gesetzt wird, indem die Steuerkammer wahlweise mit dem Ablass verbunden wird; und die Einspritzung gesteuert wird, indem die Düsenanordnung wahlweise mit dem Ablass verbunden wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein Strömungssteuerventil eine Fluid-Verbindung zwischen der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle und der Druckkammer ermöglicht.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Strömungssteuerventil passiv betrieben wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Strömungssteuerventil ein Kugelventil ist.
20. Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein erstes Steuerventil die Steuerkammer wahlweise mit der unter Druck befindlichen Kraftstoffquelle oder dem mindestens einen Ablass verbindet.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Düsenanordnung ein zweites Steuerventil aufweist, um wahlweise einen Düsen-Kon-trollweg mit dem Ablass oder der Druckkammer zu verbinden. NACHGEREICHT - 15 - • · - 15 - • · • · • ·
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Steuerkammer koaxial gegenüber der Verstärkungskammer positioniert ist und die Druckkammer koaxial zwischen der Steuerkammer und der Verstärkungskammer positioniert ist.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das erste und das zweite Steuerventil magnetische Betätigungselemente sind. NACHGEREICHT