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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Common-Rail-Brennstoffeinspritzsysteme und
insbesondere auf ein Verfahren zur Einspritzung von Brennstoff mit
einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, die mit einem Einlassventil
mit mehreren Positionen ausgerüstet
ist.
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Hintergrund
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Bei
einer Klasse von Common-Rail-Brennstoffeinspritzsystemen ist eine
Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen strömungsmittelmäßig über getrennte
Verzweigungsdurchlässe
mit einer Common-Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung verbunden, die
Brennstoff enthält,
wenn der auf Einspritzniveaus unter Druck gesetzt ist. Eine elektrische
Betätigungsvorrichtung,
die an jeder der Brennstoffeinspritzvorrichtungen angebracht ist,
steuert den Zeitpunkt und die Dauer von jedem Einspritzereignis.
Bei einer Alternative sind diese elektrischen Betätigungsvorrichtungen
betriebsmäßig mit
einem Nadelsteuerventil gekoppelt, welches dahingehend wirkt, dass
es den Brennstoffdruck auf eine hydraulische Verschlussfläche eines
Nadelventilgliedes aufbringt oder diesen wegnimmt. Das Nadelventilglied bewegt
sich, um die Düsenauslässe zu öffnen und
zu schließen,
um jeweils ein Brennstoffeinspritzungsereignis und ein Einspritzungsendereignis
zu gestatten. Bei dieser Art von System ist Brennstoff auf Einspritzdruckniveaus
immer innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtungen und um ihre
jeweiligen Nadelventilglieder herum vorhanden. Jedoch findet die
Einspritzung nicht statt, bis der Druck auf der hydraulischen Verschlussfläche der
Nadel weggenommen wird. Abhängig
von der speziellen Brennstoffeinspritzvorrichtung kann das Nadelsteuerventil
auf der Hochdruck-Seite stromaufwärts von der Nadelsteuerkammer
oder auf der Niederdruck-Ablaufseite positioniert sein, die weg
von der Nadelsteuerkammer führt.
Die hydraulische Verschlussfläche
des Nadelventilgliedes ist dem Strömungsmitteldruck in einer Nadelsteuer kammer
ausgesetzt. Während
viele dieser Arten von Brennstoffeinspritzvorrichtungen gut gearbeitet
haben und eine zusätzliche
Steuerung bezüglich
dem Einspritzungszeitpunkt und der Einspritzungsmenge vorgesehen
haben, tendieren sie manchmal tatsächlich dazu, die Einspritzungsereignisse
zu schnell zu beenden, was eine Steigerung von nicht wünschenswerten
Emissionen verursacht, insbesondere Rauchemissionen. Anders gesagt,
haben Ingenieure beobachtet, dass diese als komplizierter angesehenen
Brennstoffeinspritzvorrichtungen manchmal und unter manchen Bedingungen mehr
Rauchemissionen erzeugen als ihre einfacheren Gegenstücke, die
auf einem Brennstoffdruckabfall und der Wirkung einer Vorspannfeder
beruhen, um die Düsenauslässe zu schließen, um
ein Einspritzungsereignis zu beenden. Zusätzlich können diese Brennstoffeinspritzvorrichtungen
abhängig
von der Lage des Nadelsteuerventils manchmal unter chronischen Leckageproblemen
leiden, und zwar mindestens teilweise auf Grund der Tatsache, dass
sie immer unter Druck gesetzt sind, auch zwischen den Einspritzereignissen.
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Bei
einer anderen Common-Rail-Brennstoffeinspritzvorrichtungsstrategie öffnet ein
Einlassventil entweder einen Düsendurchlass
zu einem Hochdruck-Versorgungsdurchlass, der mit der Brennstoff-Common-Rail
bzw. gemeinsamen Brennstoffdruckleitung während eines Einspritzereignisses
verbunden ist, oder verbindet den Düsendurchlass mit einem Niederdruck-Ablaufdurchlass zwischen
den Einspritzungsereignissen. Beispielsweise zeigt eine holländischen
Veröffentlichung
mit dem Titel Common Rail Fuel Injection Systems For High Speed
Large Diesel Engines von der Robert Bosch AG, © CIMAC Congress Copenhagen,
eine solche Common-Rail-Brennstoffeinspritzvorrichtung.
Sie hat ein vorsteuerbetätigtes
Drei-Wege-Einlassventil,
welches strömungsmittelmäßig den
Düsendurchlass entweder
mit dem Hochdruck-Versorgungsdurchlass oder mit einem Niederdruck-Ablaufdurchlass verbindet.
Der Düsendurchlass
ist strömungsmittelmäßig mit
den Düsenauslässen verbunden,
wenn das Nadelventilglied in seine offene Position angehoben ist. Das
Nadelventilglied in dieser Einspritzvorrichtung scheint ein einfaches
Rückschlagventil
zu sein, und zwar dahingehend, dass das Nadelventilglied zu einer
geschlossenen Position vorgespannt ist, und zwar mit einer Vorspannung
auf einer Vorspannfeder, die in einer entlüfteten Kammer positioniert
ist. Somit wird das Öffnen
und Schließen
der Düsenauslässe durch
den Brennstoffdruck in den Düsendurchlass gesteuert,
der gegen eine einfache Vorspannfeder wirkt. Obwohl die von dieser
Brennstoffeinspritzvorrichtung dargestellte Strategie vielversprechend
erschienen sein mag, erscheint sie unter verschiedenen Nachteilen
zu leiden, wobei der Wichtigste davon ist, dass sie auf einem vorsteuerbetriebenen
Einlassventil beruht. Anders gesagt ist eine elektrische Betätigungsvorrichtung
betriebsmäßig angeschlossen, um
sich mit einem Vorsteuerventilglied zu bewegen. Abhängig von
der Position des Vorsteuerventilgliedes ist eine Steuerfläche auf
einem Hilfsventilglied entweder einem niedrigen Druck oder einem
hohen Druck ausgesetzt, um dieses in eine erwünschte Position zu bewegen.
Wegen den zusätzlichen
beweglichen Teilen und der engen dynamischen Koppelung zwischen
dem Vorsteuerventil und dem Hilfsventil scheint es eine wesentliche
Wahrscheinlichkeit für Schwierigkeiten
bei der Massenherstellung von Brennstoffeinspritzvorrichtungen dieser
Bauart zu geben, so dass diese sich mit Bezug zueinander ähnlich verhalten
würden,
wie es nötig
wäre, um
die vollen möglichen
Vorteile aus einer Brennstoffeinspritzvorrichtungskonstruktion zu
gewinnen.
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Zusätzlich wird
der Fachmann erkennen, dass eine Ratenformung bei Common-Rail-Brennstoffeinspritzsystemen
problematisch ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eines oder mehrere der oben dargelegten
Probleme gerichtet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt weist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung einen Einspritzvorrichtungskörper auf,
der einen Versorgungsdurchlass aufweist, weiter einen Ablaufdurchlass
und einen Düsendurchlass,
der darin angeordnet ist. Ein Einlassventil weist ein Ventilglied
auf, welches eingeschlossen ist, um sich zwischen einem Ablaufventilsitz
und einem Versorgungsventilsitz zu bewegen. Das Ventilglied kann an
einer mittleren Position außerhalb
eines Kontakts mit sowohl dem Ablaufventilsitz als auch dem Versorgungsventilsitz
anhalten. Der Versorgungsdurchlass ist strömungsmittelmäßig sowohl
mit den Düsendurchlass
als auch mit dem Ablaufdurchlass verbunden, wenn das Ventilglied
in seiner mittleren Position ist. Wenn dem Düsendurchlass ist zum Ablaufdurchlass
hin offen, ist jedoch zum Versorgungsdurchlass geschlossen, wenn
das Ventilglied in einer geschlossenen Position in Kontakt mit dem
Versorgungsventilsitz ist. Der Düsendurchlass
ist zum Versorgungsdurchlass hin offen, ist jedoch zum Ablaufdurchlass hin
geschlossen, das Ventilglied in einer vollständig offenen Position in Kontakt
mit dem Ablaufventilsitz ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt weist ein Verfahren zur Einspritzung von Brennstoff
einen Schritt der Einspritzung von Brennstoff mit einer niedrigen Rate
auf, und zwar zumindest teilweise durch Stoppen eines Einlassventilgliedes
an einer mittleren Position außer
Kontakt sowohl mit dem Ablaufventilsitz als auch mit einem Versorgungsventilsitz.
Brennstoff wird mit einer hohen Rate zumindest teilweise dadurch
eingespritzt, dass das Einlassventilglied in einer vollständig offenen
Position in Kontakt mit dem Ablaufventilsitz stoppt. Die Brennstoffeinspritzung wird
zumindest teilweise beendet, in dem das Einlassventilglied in einer
geschlossenen Position in Kontakt mit dem Versorgungsventilsitz
stoppt.
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Bei
noch einem weiteren Aspekt weist ein Brennstoffeinspritzsystemen
Mittel zum Stoppen eines Einlassventilgliedes in einem Einspritzvorrichtungskörper an
einer mittleren Position außer
Kontakt mit einem Ablaufsitz und einem Versorgungssitz auf, um Brennstoff
mit einer niedrigen Rate einzuspritzen. Das System weist auch Mittel
auf, um das Einlassventilglied an einer vollständig offenen Position in Kontakt
mit einem Ablaufsitz zu stoppen, um Brennstoff mit einer hohen Rate
einzuspritzen. Schließlich
weist das Systemmittel auf, um das Einlassventilglied in einer geschlossenen
Position in Kontakt mit dem Versorgungssitz zu stoppen, um die Brennstoffeinspritzung
zu beenden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Brennstoffeinspritzsystems gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine geschnittene diagrammartige Seitenansicht einer Brennstoffeinspritzvorrichtung
für das
System der 1;
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3 ist
eine teilweise geschnittene diagrammartige Seitenansicht eines Steuerteils
der Brennstoffeinspritzvorrichtung der 2;
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4 ist
eine teilweise geschnittene diagrammartige Seitenansicht des Steuerteils
einer Brennstoffeinsnritzvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung;
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5a–5c sind
Kurvendarstellungen eines Steuersignals, der Ventilposition und
der Einspritzungsrate jeweils gegenüber der Zeit gemäß einem Aspekt
der vorliegenden Erfindung; und
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6a–b sind
Kurvendarstellungen der Ventilposition und der Einspritzungsrate
gemäß einem weiteren
Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung
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Mit
Bezug auf 1 weist ein Brennstoffeinspritzsystemen 10 eine
Brennstoff-Common-Rail bzw. gemeinsam Brennstoffdruckleitungen 18 auf, die über getrennte
Verzweigungsdurchlässe 20 mit einer
Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 30 verbunden
ist, von denen nur eine gezeigt ist. Wie viele Common-Rail-Systeme
weist das System 10 eine Hochdruck-Pumpe 14 auf, die Niederdruck-Brennstoff
von einem Brennstofftank 12 zieht und diesen zu der Hochdruck-Common-Rail 18 über eine
Versorgungsleitung 16 liefert. Jeder der Verzweigungsdurchlässe 20 von
der Common-Rail 18 ist strömungsmittelmäßig mit
einem Brennstoffeinlass 22 einer einzelnen Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 verbunden.
Ein Brennstoffablaufauslass 24 von jeder der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 30 ist
strömungsmittelmäßig mit
dem Tank 12 über
einen Ablaufdurchlass 26 verbun den. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird das Brennstoffeinspritzsystem 10 in Verbindung mit
einem (nicht gezeigten) kompressionsgezündeten Motor verwendet, so
dass die Düsenauslässe der
einzelnen Brennstoffeinspritzvorrichtungen 30 so positioniert
sind, dass sie Brennstoff direkt in die Zylinder des Motors einspritzen.
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Nun
zusätzlich
mit Bezug auf die 2 und 3 weist
jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 einen Einspritzvorrichtungskörper 31 auf,
der eine Vielzahl von Düsenauslässen 32 definiert.
Ein herkömmliches
Nadelventilglied 44, das geschlossenen durch eine Vorspannfeder 46 vorgespannt
ist, steuert das Öffnen
und das Schließen
der Düsenauslässe 32. Anders
gesagt, wenn der Brennstoffdruck in einem Düsendurchlass 38, der
auf eine hydraulische Öffnungsfläche des
Nadelventilgliedes 44 wirkt, die Vorspannkraft der Feder 46 überwindet,
hebt das Nadelventilglied 44 sich in eine offene Position
an, um strömungsmittelmäßig den
Düsendurchlass 38 mit
den Düsenauslässen 32 zu
verbinden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorspannfeder 46 in
einem entlüfteten
Hohlraum positioniert, der zum Niederdruck-Ablaufdurchlass 26 über einen
Entlüftungsdurchlass 48 entlüftet ist.
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Ein
Einlassventil 34 mit mehreren Positionen ist an jedem Einspritzvorrichtungskörper 31 angebracht
und wirkt als die Mittel, durch welche der Düsendurchlass 38 strömungsmittelmäßig mit
dem Versorgungsdurchlass 36 und/oder dem Ablaufdurchlass 40 verbunden
ist, der mit dem Ablaufdurchlass 26 strömungsmittelmäßig über eine
Flussbegrenzungszumessöffnung 42 verbunden
ist. Die Flussbegrenzungszumessöffnung 42 ist
vorzugsweise für
einen Strömungsmittelfluss
im Vergleich zum Durchfluss durch das Einlassventil 34 einschränkend. 1 zeigt
das Einlassventilglied 50 in einer mittleren Position,
in der der Versorgungsdurchlass 36 gleichzeitig strömungsmittelmäßig mit
dem Düsendurchlass 38 und
dem Ablaufdurchlass 40 verbunden ist. Die Position des
Einlassventilgliedes 50 wird durch eine elektrische Betätigungsvorrichtung 51 gesteuert,
die von einem elektronischen Steuermodul 11 in herkömmlicher
Weise über
eine Kommunikationsleitung 13 mit Leistung versorgt werden
kann. Das elektronische Steuermodul 11 kann auch den Brennstoffdruck
in der Rail 18 steuern, wie beispielsweise über die
Ausgabe einer Steuerpumpe 14 über eine Verbindungsleitung 15.
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Insbesondere
mit Bezug auf 3 weist das Einlassventil 34 in
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ein Einlassventilglied 50 auf, welches eingeschlossen ist,
so dass es sich zwischen einem Versorgungssitz 41 und einem
Ablaufsitz 45 bewegt. Der Düsendurchlass 38 öffnet sich
in den Bereich benachbart zum Ventilglied 50, der zwischen
den Sitzen 41 und 45 ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
weist die elektrische Betätigungsvorrichtung 51 einen
Elektromagneten mit einem Anker 52 auf, der angebracht ist,
um sich mit dem Einlassventilglied 50 zu bewegen. In einer
beispielhaften Befestigungsstruktur wird eine Scheibe 54 an
einer Kante am Einlassventilglied 50 getragen und wirkt
als eine Plattform, auf der der Anker 52 ruhen kann. Über dem
Anker 52 ist ein Vorspannungsabstandshalter 55 vorgesehen
und kann ein Passteil von variierender Dicke bilden, um die Vorspannung
der ersten Vorspannfeder 56 einzustellen. Das andere Ende
der Vorspannfeder 56 liegt an einem Anschlagsabstandshalter 58 an.
Er wird über eine
Kontaktfläche 62 an
einer Mutter 64 am Platz gehalten, die an einem Ende des
Einlassventilgliedes 50 angebracht ist, und zwar in Kontakt
mit einer Oberseite des Vorspannungsabstandshalters 55. Eine
zweite Vorspannfeder 61 wird zwischen dem Einspritzvorrichtungskörper und
der Oberseite der Mutter 64 zusammen gedrückt. Wenn
der Elektromagnet entregt bzw. ausgeschaltet ist, spannen die Federn 56 und 61 den
Anker 52 und das Ventilglied 50 nach unten in
Kontakt mit dem Versorgungssitz 41 vor. Wenn der Anker 52 und
das Ventilglied 50 in dieser Position sind, ist der Anschlagsabstandshalter 58 außer Kontakt
mit der mittleren Anschlagfläche 60 des
Einspritzvorrichtungskörpers 31.
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Wenn
ein Elektromagnet erregt wird, und sowohl der Anker 52 als
auch das Ventilglied 50 beginnen, sich nach oben zu bewegen,
wird der Anschlagsabstandshalter 58 in Kontakt mit der
mittleren Anschlagfläche 60 kommen,
bevor das Ventilglied 50 in Kontakt mit dem Ablaufsitz 45 kommt.
Somit wirkt während
des ersten Teils der Bewegung des Ventilgliedes zwischen dem Versorgungssitz 41 und
der Anschlagfläche 60 nur
die Vorspannfeder 61 gegen die Elektromagnetkraft. Dies
wird auch erreicht, indem die Vorspannung auf der Vorspannfeder 56 wesentlich
höher eingestellt
wird, als jene der Feder 61. Wenn somit der Elektromagnet
in geeigneter Weise erregt wird, wird eine Gleichgewichtsposition
existieren, wo der Anschlagsabstandshalter 58 in Kontakt mit
der Anschlagfläche 60 ist,
und wobei das Ventilglied 50 außer Kontakt mit sowohl dem
Versorgungssitz 41 als auch dem Ablaufsitz 45 ist.
An dieser mittleren Position ist der Versorgungsdurchlass 36 strömungsmittelmäßig sowohl
mit dem Düsendurchlass 38 als
auch mit dem Ablaufdurchlass 40 verbunden. Wenn der Elektromagnet
weiter erregt wird, zieht die höhere
Anzugskraft den Anker 52 und das Ventilglied 50 weiter
nach oben, was die Vorspannfedern 56 und 61 zusammendrückt, bis
das Ventilglied 50 in Kontakt mit dem Ablaufsitz 45 an
seiner vollständig
offenen Position kommt. Somit bilden bei diesem veranschaulichten
Ausführungsbeispiel
die verschiedenen beschriebenen Strukturen Mittel 73, um
das Ventilglied an einer geschlossenen Position in Kontakt mit dem
Versorgungssitz 41 zu stoppen. Zusätzlich bilden die verschiedenen
Komponenten, insbesondere die Konstruktion mit zwei Federn, Teile
von Mitteln 70, um das Ventilglied 50 an einer
mittleren Position zu stoppen. Schließlich bilden die verschiedenen
beschriebenen Komponenten einschließlich der elektrischen Betätigungsvorrichtung 51 Mittel
zum Stoppen des Ventilgliedes 50 an einer vollständig offenen
Position in Kontakt mit dem Ablaufsitz 45.
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Die
Zumessöffnung 42,
die eine Flussbegrenzung in dem Ablaufdurchlass 40 darstellt,
ist aus einer Anzahl von Gründen
vorhanden. Unter diesen Gründen
ist, dass man vorzugsweise eine Flussbegrenzung mit Bezug zu einem
Strömungsquerschnitt über den
Ablaufsitz 45 erzeugt, wenn das Ventilglied 50 in
seiner mittleren Position ist. Dieser Aspekt der Erfindung hilft
dabei, die Leistung der Einspritzvorrichtung bezüglich unvermeidlicher Variationen
der Strömungsquerschnitte über den
Ablaufsitz 45 unter einer Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen weniger
empfindlich zu machen. Trotzdem könnte die vorliegende Erfindung
in einer derartigen Weise aufgebaut sein, dass der Strömungsquerschnitt über den
Ablaufsitz 45 eng durch be kannte Techniken für geometrische
Toleranz gesteuert werden könnte
und gestatten könnte,
dass die Zumessöffnung 42 weggelassen
wird. Indem man jedoch die Zumessöffnung 42 vorsieht,
kann man den Strömungsquerschnitt steuern,
der direkt den Hochdruck-Versorgungsdurchlass 36 mit dem
Ablaufdurchlass 40 verbindet, so dass der Druck in dem
Düsendurchlass 38 indirekt als
eine Funktion des Rail-Druckes und des Durchmessers der Zumessöffnung ausgewählt werden kann,
wenn das Ventilglied 50 in seiner mittleren Position ist,
um Brennstoff mit niedrigem Druck einzuspritzen. Wenn das Ventilglied 50 in
seiner vollständig
offenen Position in Kontakt mit dem Ablaufsitz 45 ist,
ist die Zumessöffnung 42 im
Wesentlichen aus dem Spiel, und der Hochdruck-Versorgungsdurchlass 36 ist
strömungsmittelmäßig nur
mit dem Düsendurchlass 38 verbunden,
um Brennstoff mit hohem Druck einzuspritzen.
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Mit
Bezug auf 4 weist ein alternatives Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 130 mit
einem Einspritzvorrichtungskörper 131 und
einem Einlassventil 134 auf, welches ähnlich dem Einlassventil 34 ist, welches
früher
besprochen wurde, außer
dass die Lage des Hochdruck-Versorgungsdurchlasses 136 und
des Niederdruck-Ablaufdurchlasses 140 umgekehrt
worden ist. Wie bei dem früheren
Ausführungsbeispiel öffnet der
Düsendurchlass 138 sich
strömungsmittelmäßig benachbart
zum Ventilglied zwischen dem Ablaufsitz und dem Versorgungssitz. Ebenfalls
wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel ist
eine Flussbegrenzungszumessöffnung 142 vorzugsweise
passend in dem Ablaufdurchlass 140 positioniert. Dieses
Ausführungsbeispiel
weicht von dem früheren
Ausführungsbeispiel
dahingehend ab, dass die elektrische Betätigungsvorrichtung 151 als eine
Piezo-Biegebetätigungsvorrichtung
veranschaulicht ist, deren Positionen gesteuert werden kann, um
zu gestatten, dass das Ventilglied an einer Vielzahl von mittleren
Positionen außer
Kontakt mit sowohl dem Ablaufsitz als auch dem Versorgungssitz anhält. Der
Fachmann wird erkennen, dass abhängig von
der an der Piezo-Vorrichtung angelegten Spannung, diese sich proportional
zu dieser Spannung verbiegen bzw. auslenken wird. Obwohl dieses
Ausführungsbeispiel
mit einer Piezo- Biegebetätigungsvorrichtung
veranschaulicht worden ist, könnten
andere Piezo-Betätigungsvorrichtungen
eingesetzt werden, wie beispielsweise ein Stapel. Somit könnte mit
Rückkoppelungsmitteln,
wie beispielsweise durch das vorsehen eines Positionssensors oder
durch Detektion von Veränderungen
der Motorumdrehungen pro Minute die Betätigung der Piezo-Biegebetätigungsvorrichtung 151 eingestellt
werden, so dass eng die Positionierung des Ventilgliedes zwischen dem
Ablaufsitz und dem Versorgungssitz steuert. Die Version der vorliegenden
Erfindung mit Piezo-Biegebetätigungsvorrichtung
kann einen besseren Kandidaten zur Eliminierung der Einschränkungszumessöffnung 142 vorsehen
und möglicherweise
die Möglichkeit
vorsehen, die Einspritzvorrichtung einzustellen, um Brennstoff mit
einer Vielzahl von unterschiedlichen Drücken im mittleren Bereich einzuspritzen, und
zwar durch entsprechende Positionierung des Ventilgliedes, um den
Fluss zum Ablaufdurchlass 40 einzuschränken, wenn das Ventilglied
in einer seiner mittleren Positionen ist. Die Piezo-Biegebetätigungsvorrichtung 151 des
Ausführungsbeispiels
der 4 bewegt das Ventilglied über ein bewegbares Glied 152.
In der veranschaulichten Struktur wäre das Ventilglied in Kontakt
mit dem bewegbaren Glied 152 mit einer geeigneten Vorspannungseinrichtung
vorgespannt, wie beispielsweise mit einer (nicht gezeigten) Feder.
Bei einer Alternative könnte
das Ventilglied an dem bewegbaren Glied 152 angebracht
werden, und das Ventil könnte
nach oben vorgespannt sein, um den Hochdruck-Versorgungsdurchlass 136 über die Vorspannung
in der Piezo-Biegebetätigungsvorrichtung
zu schließen.
Somit könnten
bei der Alternative der 4 die Vorspannfedern des Ausführungsbeispiels
der 3 möglicherweise
weggelassen werden, wobei man sich auf eine ausgewählte Vorspannung
der Betätigungsvorrichtung
und der Anbringung an dem Ventilglied verlässt.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Mit
Bezug auf die 5a–c ist ein beispielhaftes Einspritzereignis
gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht. Zwischen den Einspritzereignis sen ist
die elektrische Betätigungsvorrichtung vorzugsweise
entregt bzw. ausgeschaltet, und der Hochdruck-Versorgungsdurchlass 36, 136 ist
geschlossen, so dass der Brennstoffdruck im Düsendurchlass 38 niedrig
bleibt. 5a zeigt zu einem Zeitpunkt
Null die Einleitung eines Einspritzereignisses in dem man zunächst einen
Einzugsstrom 80 an die elektrische Betätigungsvorrichtung 51 anlegt.
Bevor die Kraft von dem Elektromagneten verwirklicht bzw. aufgebracht
wird ist das Einlassventilglied 50 in seiner geschlossenen
Position 90, die den Hochdruck-Versorgungsdurchlass 36 schließt, siehe 5b.
Nach einer kurzen Verzögerung
beginnt das Einlassventilglied 50, sich zu bewegen, und
ungefähr zu
diesem Zeitpunkt fällt
der Strompegel für
den Elektromagneten auf einen Haltestrompegel 81 ab. Dies
hat zur Folge, dass das Ventilglied in einer mittleren Position 91 anhält, wobei
der Anschlagsabstandshalter 58 in Kontakt mit der Anschlagfläche 60 ist,
so dass das Ventilglied 50 in der mittleren Position 91 außer Kontakt
mit sowohl dem Ablaufsitz 45 als auch dem Versorgungssitz 41 stoppt.
Durch entsprechende Bemessung der Zumessöffnung 42 existiert ausreichender
Druck in dem Düsendurchlass 38,
um die Vorspannfeder 46 zu überwinden, so dass das Nadelventilglied 44 sich
in eine offene Position anhebt, um die Einspritzung von Brennstoff
mit einer niedrigen Einspritzungsrate 97 zu beginnen, wie
in 5c gezeigt. Nach einer weiteren Verzögerung wird
der Strompegel zur Betätigungsvorrichtung
wiederum auf einen Einzugsstrompegel 82 angehoben, was
bewirkt, dass das Ventilglied 50 sich weiter nach oben
zu seiner vollständig
offenen Position 92 in Kontakt mit dem Ablaufsitz 45 anhebt.
Nach einer gewissen kurzen Verzögerung
wird der Strom auf einen Haltepegel 83 abgesenkt. Wenn
dies auftritt, beginnt der Brennstoff die Einspritzung mit einer
hohen Einspritzungsrate 98. Nach einer gewissen Dauer,
wenn es Zeit ist, das Einspritzungsereignis zu beenden, wird der
Strom zur elektrischen Betätigungsvorrichtung
beendet 84. Wenn dies auftritt, bewegt sich das Ventilglied 50 nach
einer kurzen Verzögerung
von seiner vollständig
offenen Position zurück
zu seiner geschlossenen Position 93, um das Einspritzungsereignis
zu beenden. Wenn das Ventilglied 50 sich bewegt, um den
Versorgungsdurchlass 36 zu schließen, beginnt der Brennstoffdruck
in einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, abzufallen, bis der Ventil verschlussdruck
erreicht ist und das Nadelventilglied 44 sich nach unten
bewegt, um die Düsenauslässe 32 unter
der Wirkung der Vorspannfeder 46 zu schließen.
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Die
vorliegende Erfindung gestattet die Einspritzung von Brennstoff
mit einer relativ niedrigen Rate durch Anhalten des Ventilgliedes
an einer mittleren Position und gestattet die Einspritzung von Brennstoff
mit einer hohen Rate durch Anhalten des Ventilgliedes an einer vollständig offenen
Position. Der Fachmann wird erkennen, dass die zwei Einspritzraten
in einem einzigen Einspritzereignis oder in getrennten Einspritzereignissen
erreicht werden können.
Beispielsweise könnte
die Brennstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine kleine
Vorsteuereinspritzung mit einer niedrigen Einspritzrate einspritzen
und diesem eine Haupteinspritzung mit einer hohen Rate folgen lassen
und dann dem Haupteinspritzereignis ein Nacheinspritzereignis mit
einer niedrigen oder hohen Rate folgen lassen. Der Fachmann wird
erkennen, dass das Ausführungsbeispiel
der 4, welches eine Piezo-Biegebetätigungsvorrichtung aufweist,
möglicherweise
wesentlich mehr Fähigkeiten
haben könnte,
als die Version der vorliegenden Erfindung mit Elektromagneten.
Insbesondere könnte
die Version der Erfindung mit Piezo-Biegebetätigungsvorrichtung offensichtlich gestatten,
dass eine Einspritzrate direkt proportional zur Spannung ist, die
an die Piezo-Biegebetätigungsvorrichtung
angelegt wird. Anders gesagt, durch Variieren der Spannung für die Piezo-Biegebetätigungsvorrichtung
könnte
der Strömungsquerschnitt
zum Ablauf variiert werden, um wiederum den Druck in dem Düsendurchlass
zu variieren, um Brennstoff über
eine kontinuierliche Ausdehnung von unterschiedlichen Drücken einzuspritzen,
die zwischen dem Ventilöffnungsdruck
des Nadelventilgliedes und dem Rail-Druck liegen würden, wenn
das Ventilglied in seiner vollständig
offenen Position ist.
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Mit
Bezug auf die 6a und 6b werden
verschiedene beispielhafte Ablaufzumessöffnungsgrößen verglichen, um den Effekt
der Ablaufzumessöffnungsgröße auf die
Fähigkeit
und den Druck zu zeigen, mit dem ein Einspritzereignis mit niedrigerem
Druck stattfindet. 6a zeigt, dass der An fangsteil
des Ventilgliedes an seiner mittleren Position 91 angehalten
wird, und später
in seine vollständig
offene Position 92 für
den Rest des Einspritzereignisses bewegt wird. Die Kurve 85 zeigt
das Ergebnis, wenn die Einspritzvorrichtung überhaupt keinen Ablauf hat.
In diesem Beispiel ist die anfängliche
Einspritzrate wenn das Ventilglied in seiner mittleren Position
ist, ungefähr
die Gleiche wie die Einspritzrate, wenn das Ventil in seiner vollständig offenen
Position ist, weil es keinen Druckverlust zum Ablauf gibt. Dieses
Fehlen eines Ablaufes zeigt sich auch am Ende der Einspritzung durch
ein relativ langsames Ende des Einspritzereignisses, bewirkt durch
die relativ langsamere Abnahme des Brennstoffdruckes, der nur durch
die Düsenauslässe abnehmen
kann. Die Kurve 86 zeigt ein Beispiel, wenn die Ablaufzumessöffnung einen
Durchmesser von ungefähr
0,5 mm hat, so dass die niedrige Einspritzrate etwas größer ist
als die Hälfte
der maximalen Einspritzrate. Die Zumessöffnung mit dem relativ kleinen
Durchmesser von 0,5 mm zeigt sich auch am Ende der Einspritzung
dadurch, dass sie ein weniger abruptes Ende für die Einspritzung zur Folge
hat, und zwar aufgrund der zusätzlichen
Zeit, die nötig
ist, damit der Druck sowohl durch die Zumessöffnung als auch nach außen aus
den Einspritzvorrichtungsauslässen
zum Ende des Einspritzereignisses abnimmt. Bei noch einem weiteren
Beispiel zeigt die Kurve 87 die gleiche Einspritzratenspur
bzw. Einspritzratenform, wenn die Ablaufzumessöffnung auf 1,0 mm eingestellt
ist, so dass die Einspritzung bei einer niedrigen Rate ungefähr 10 bis
20 Prozent von der Einspritzrate ist, wenn das Ventilglied in seiner
vollständig
offenen Position ist. Dieser Alternative hat ein relativ abruptes
Ende für
die Einspritzung zur Folge. Die Kurve 88 zeigt, wenn die
Ablaufzumessöffnung
relativ groß ist,
oder in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ungefähr 1,5 mm.
Dies zeigt implizit, dass bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
eine Ablaufzumessöffnung
mit einem Durchmesser von 1,5 mm ausreichend groß ist, so dass der Druck in
dem Düsendurchlass 38 nicht
den Ventilöffnungsdruck
erreicht, wenn das Ventilglied in seiner mittleren Position ist, so
dass keine Einspritzung an der mittleren Position stattfindet und
die Einspritzvorrichtung nur Brennstoff zum Tank über den
Ablaufdurchlass zurück
lecken lässt,
bis das Ventilglied in seiner vollständig offenen Position angehoben
ist, wo das Einspritzereignis ziemlich genauso aussieht wie jenes
von den anderen Beispielen.
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Abhängig von
der ausgewählten
Alternative kann die vorliegende Erfindung wesentliche Vorteile gegenüber den
Brennstoffeinspritzsystemen des Standes der Technik bieten. Erstens,
weil die Steuerung durch ein Einlassventil gewonnen wird, können chronische
Leckageprobleme, die mit Brennstoffeinspritzvorrichtungen des Standes
der Technik assoziiert sind, reduziert werden und möglicherweise
eliminiert werden. Zusätzlich
können
dadurch, dass man das Einlassventilglied direkt durch eine elektrischen Betätigungsvorrichtungen
bewegt, die Komplikationen und Ungewissheiten vermieden werden,
die mit einem Pilot- bzw. Vorsteuerbetrieb assoziiert sind. Schließlich kann
durch Verwendung einer Ablauf Zumessöffnung mit einer Flussbegrenzung
relativ zur Strömung
durch das Ventil die Leistung der Brennstoffeinspritzvorrichtung
unempfindlich für
unvermeidliche kleine Variationen der Strömungsquerschnitte durch das
Ventil gemacht werden, und zwar aufgrund von solchen Dingen, wie
gewöhnliche
geometrische Toleranzen, die bei der Herstellung des Ventils auftreten
bzw. eingesetzt werden. Der Fachmann wird erkennen, dass durch sorgfältige Steuerung
des Signals zu der elektrischen Betätigungsvorrichtung die Brennstoffeinspritzvorrichtung
der vorliegenden Erfindung die Fähigkeit
zeigen kann, Frontendratenformen zu erzeugen, die ein quadratisches bzw.
rechteckiges Frontende, ein rampenförmiges Frontende, ein stiefelförmiges bzw.
schuhförmiges Frontende
und Andere aufweisen kann. Weil die Brennstoffeinspritzvorrichtung
eine herkömmliche
federvorgespannte Nadel einsetzt und auf Druckabfall beruht, um
die Düsenauslässe am Ende
eines Einspritzereignisses zu schließen, können Russemissionsniveaus in
vorhersagbarer Weise reduziert werden, und zwar gegenüber entsprechenden
Common-Rail-Einspritzvorrichtungen, die auf direkt gesteuerten Nadeln
beruhen, um Einspritzereignisse in diskussionswürdiger Weise zu schnell zu
beenden, wenn der Druck immer noch hoch ist. Diese Brennstoffeinspritzvorrichtung
hat auch einen Vorteil gegenüber
am Ablauf montierten direkt gesteuerten Common-Rail-Einspritzvorrichtungen
dahingehend, dass eine Leckage zum Tank in beabsichtigter Weise nur
auftritt, wenn man mit niedriger Rate einspritzt, was wahrscheinlich
nur für
sehr kurze Zeitdauern im gesamt Schema der Dinge auftritt. Die Version
der vorliegenden Erfindung mit Piezo-Biegebetätigungsvorrichtung kann möglicherweise
noch mehr Leistungsvorteile dahingehend bieten, dass mit einer geeigneten
Rückkoppelungsstrategie
einer in der Technik bekannten Art die Einspritzvorrichtung eingestellt werden
könnte,
um Brennstoff mit einer Vielzahl und möglicherweise mit kontinuierlichen
unterschiedlichen Raten einzuspritzen, und zwar abhängig von der
Größe der elektrischen
Energie, die an die Betätigungsvorrichtung
zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt geliefert wird.
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Es
sei bemerkt, dass die obige Beschreibung nur zu Veranschaulichungszwecken
vorgesehen ist und nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung in irgendeiner
Weise einschränken
soll. Somit wird der Fachmann erkennen, dass andere Aspekte, Ziele und
Vorteile der Erfindung aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung
und der beigefügten Ansprüche erhalten
werden können.