DE102016111526A1

DE102016111526A1 - Kraftstoffeinspritzdüse und Verfahren

Info

Publication number: DE102016111526A1
Application number: DE102016111526.6A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-01-05
Also published as: US9964086B2; CN106321314B; CN106321314A; US20170002783A1; RU2686812C1; RU2016124994A

Abstract

Ausführungsformen können eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einem Düsenkörper mit einer oder mehreren Düsen bereitstellen, die jeweils in der Lage sind, einen Kraftstoff aus einer jeweiligen Sprühposition zu sprühen, und beweglich sind, um die Sprühposition von einer ersten Position in eine zweite Position zu ändern. Eine Einspritzdüsennadel kann für eine axiale Bewegung relativ zum Düsenkörper von einer eingerückten Position, um eine Strömung durch die eine oder die mehreren Düsen zu verhindern, in eine ausgerückte Position konfiguriert sein. Die Bewegung der einen oder der mehreren Düsen von der ersten Position in die zweite Position und dann zurück in die erste Position kann im Wesentlichen der relativen axialen Bewegung zwischen der Einspritzdüsennadel und dem Düsenkörper von der eingerückten Position in die ausgerückte Position und dann zurück in die eingerückte Position entsprechen und/oder im Wesentlichen dadurch bestimmt sein.

Description

Gebiet
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Kraftstoffeinspritzdüsen und die Kraftstoffverteilung in einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine.
Hintergrund und Zusammenfassung
Kraftstoffeinspritzdüsen werden typischerweise bei Brennkraftmaschinen verwendet, um einen verbrennbaren Kraftstoff in eine Brennkammer zu sprühen, um ihn mit Ladeluft zu mischen, die durch einen Einlassdurchgang eingeführt wird. Es gibt eine Anzahl von Problemen, die mit typischen Einspritzdüsenkonstruktionen verbunden sind. Eines besteht darin, dass der in die Kammer gesprühte Kraftstoff auf die Wand der Brennkammer treffen kann. Dies kann an einer Spraypenetration liegen, die zu lang ist. Außerdem kann eine schlechte Luft/Kraftstoff-Mischung bestehen.
Das US-Patent 6 029 913 offenbart eine Wirbelspitzen-Einspritzdüse, die mehrere gekrümmte Sprühlöcher umfasst, die dazu führen, dass der Kraftstoff durch einen tangentialen Strömungspfad innerhalb des Sprühlochs strömt, und folglich zu einer schnellen Verteilung und Auflösung des Kraftstoffsprays beim Verlassen des Sprühlochs führen.
Die Erfinder haben hier eine Anzahl von Mängeln bei dieser Methode erkannt. Diese Methode scheint beispielsweise keine zuverlässige Steuerung und/oder Reproduzierbarkeit des Sprühmusters von einem Verbrennungsereignis zum nächsten aufzuweisen. Die Wirbelspitzen-Einspritzdüse scheint sich in einer ungesteuerten Weise in eine unvorhersagbare Orientierung zu drehen. Folglich kann die Orientierung der Einspritzsprühdüse(n) am Start eines zweiten Verbrennungsereignisses anders sein als für ein erstes Ereignis und so weiter für anschließende Ereignisse.
Bei dieser Methode wird ferner keine axiale Bewegung der Düsen in Erwägung gezogen. Folglich ist das mit 6 029 913 in Betracht gezogene oder möglich gemachte Sprühmuster begrenzt.
Die vorliegende Offenbarung schafft eine Kraftstoffeinspritzdüse und eine Kraftstoffeinspritzdüsen-Anordnung, bei denen die Kraftstoffdüsenbewegung für ein zweites und folgendes Verbrennungsereignis zuverlässig wiederholt werden kann.
Und die vorliegende Offenbarung schafft eine Kraftstoffeinspritzdüse und eine Kraftstoffeinspritzdüsen-Anordnung und ein Verfahren, bei denen die Kraftstoffdüsenbewegung in einer oder beiden einer Drehrichtung und axialen Richtung stattfinden kann. In dieser Weise kann ein Kraftstoffeinspritz-Sprühmuster, sobald es als vorbestimmte Kriterien erfüllend bestimmt ist, zuverlässig für im Wesentlichen alle Verbrennungsereignisse wiederholt werden. Ferner kann ein breiterer Bereich von möglichen Sprühmustern möglich sein. Ohne Begrenzung beispielsweise ein kreisförmiges Muster oder ein spiralförmiges Muster.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einem Düsenkörper mit einer oder mehreren Düsen schaffen. Jede kann in der Lage sein, einen Kraftstoff aus einer jeweiligen Sprühposition zu sprühen. Der Düsenkörper kann beweglich sein, um die Sprühposition von einer ersten Position in eine zweite Position zu ändern. Eine Einspritzdüsennadel kann für eine axiale Bewegung relativ zum Düsenkörper von einer eingerückten Position, um eine Strömung durch die eine oder die mehreren Düsen zu verhindern, in eine ausgerückte Position, um eine Strömung durch die eine oder die mehreren Düsen zu ermöglichen, konfiguriert sein. Die Bewegung der einen oder der mehreren Düsen von der ersten Position in die zweite Position und dann zurück in die erste Position kann im Wesentlichen der relativen axialen Bewegung zwischen der Einspritzdüsennadel und dem Düsenkörper von der eingerückten Position in die ausgerückte Position und dann zurück in die eingerückte Position entsprechen und/oder im Wesentlichen dadurch bestimmt sein. In dieser Weise trifft Kraftstoff weniger wahrscheinlich auf die Kammerwand auf und/oder eine bessere Luft/Kraftstoff-Mischung kann stattfinden.
Selbstverständlich ist die obige Zusammenfassung vorgesehen, um eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden, in vereinfachter Form einzuführen. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifizieren, dessen Schutzbereich nur durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen begrenzt, die irgendwelche vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile lösen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm eines Beispielsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung.
2A ist ein Querschnittsdiagramm einer ersten Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse in einer ersten Position gemäß der vorliegenden Offenbarung.
2B ist ein Querschnittsdiagramm der in 2A gezeigten Kraftstoffeinspritzdüse in einer zweiten Position gemäß der vorliegenden Offenbarung.
3 ist ein Querschnittsdiagramm einer zweiten Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse in einer ersten Position gemäß der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein Querschnittsdiagramm der in 3 gezeigten zweiten Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse entlang einer oder mehreren ausgewählten Ebenen geschnitten, um ausgewählte Merkmale darzustellen, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
5 ist ein Querschnittsdiagramm einer zweiten Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse in einer zweiten Position gemäß der vorliegenden Offenbarung.
6 ist ein Querschnittsdiagramm der in 5 gezeigten zweiten Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse entlang einer oder mehreren ausgewählten Ebenen geschnitten, um ausgewählte Merkmale darzustellen, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
7A ist ein Querschnittsdiagramm der zweiten Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse entlang der Linie A-A in 3 geschnitten, wobei ein Abschnitt der Einspritzdüse in einer ersten Winkelposition gezeigt ist.
7B ist ein Querschnittsdiagramm der zweiten Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse entlang der Linie A-A in 3 geschnitten, wobei ein Abschnitt der Einspritzdüse in einer zweiten Winkelposition gezeigt ist.
8 ist ein Querschnittsdiagramm durch einen Spitzenabschnitt einer Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse, das auch ein Beispielsprühmuster zeigt, das gemäß der vorliegenden Offenbarung möglich sein kann.
9 ist ein Querschnittsdiagramm durch einen Spitzenabschnitt einer anderen Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse, das auch ein Beispielsprühmuster zeigt, das gemäß der vorliegenden Offenbarung möglich sein kann.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispielverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Ausführliche Beschreibung
1 ist ein Querschnittsdiagramm, das einen Querschnitt einer Kraftmaschine 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt. Verschiedene Merkmale der Kraftmaschine können weggelassen oder in einer vereinfachten Weise für ein leichtes Verständnis der vorliegenden Beschreibung dargestellt sein. Bereiche können beispielsweise eine kontinuierliche Schraffierung umfassen, die ansonsten einen massiven Körper angeben kann, tatsächliche Ausführungsformen können jedoch verschiedene Kraftmaschinen-Komponenten und/oder hohle oder leere Abschnitte der Kraftmaschine mit den schraffierten Bereichen umfassen.
1 ist eine Querschnittsansicht durch einen Zylinder 12 der Kraftmaschine 10. Verschiedene Komponenten der Kraftmaschine 10 können zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuereinheit (nicht dargestellt) umfassen kann, und/oder durch eine Eingabe von einem Fahrzeugfahrer über eine Eingabevorrichtung wie z. B. ein Fahrpedal (nicht dargestellt) gesteuert werden. Der Zylinder 12 kann eine Brennkammer 14 umfassen. Ein Kolben 16 kann innerhalb des Zylinders 12 für eine Hin- und Herbewegung darin angeordnet sein. Der Kolben 16 kann mit einer Kurbelwelle 18 über eine Verbindungsstange 20, einen Kurbelzapfen 21 und eine Kurbelwellenkröpfung 22, die hier in Kombination mit einem Gegengewicht 24 gezeigt ist, gekoppelt sein. Einige Beispiele können eine diskrete Kurbelwellenkröpfung 22 und ein Gegengewicht 24 umfassen. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens 16 kann in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 18 umgesetzt werden. Die Kurbelwelle 18, die Verbindungsstange 20, der Kurbelzapfen 21, die Kurbelwellenkröpfung 22 und das Gegengewicht 24 und möglicherweise andere Elemente, die nicht dargestellt sind, können in einem Kurbelgehäuse 26 untergebracht sein. Das Kurbelgehäuse 26 kann Öl halten. Die Kurbelwelle 18 kann mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs über ein Zwischengetriebesystem gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor mit der Kurbelwelle 18 über ein Schwungrad gekoppelt sein, um einen Startvorgang der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
Die Brennkammer 14 kann Einlassluft von einem Einlassdurchgang 30 empfangen und kann Verbrennungsgase über einen Auslassdurchgang 32 auslassen. Der Einlassdurchgang 30 und der Auslassdurchgang 32 können selektiv mit der Brennkammer 14 über ein jeweiliges Einlassventil 34 und Auslassventil 36 in Verbindung stehen. Eine Drosselklappe 31 kann enthalten sein, um eine Menge an Luft, die durch den Einlassdurchgang 30 strömen kann, zu steuern. In einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 14 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile umfassen.
In diesem Beispiel können das Einlassventil 34 und das Auslassventil 36 durch Nockenbetätigung über jeweilige Nockenbetätigungssysteme 38 und 40 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 38 und 40 können jeweils einen oder mehrere Nocken 42 umfassen und können eines oder mehrere von Systemen für Nockenprofilschalten (CPS), variable Nockenzeitsteuerung (VCT), variable Ventilzeitsteuerung (VVT) und/oder variablen Ventilhub (VVL) verwenden, die durch die Steuereinheit betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu verändern. Die Nocken 42 können dazu konfiguriert sein, sich an jeweiligen Umlaufnockenwellen 44 zu drehen. Wie dargestellt, können sich die Nockenwellen 44 in einer Doppelüberkopf-Nockenwellen-Konfiguration (DOHC-Konfiguration) befinden, obwohl alternative Konfigurationen auch möglich sein können. Die Position des Einlassventils 34 und des Auslassventils 36 kann durch Positionssensoren (nicht dargestellt) bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlassventil 34 und/oder Auslassventil 36 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Der Zylinder 16 kann beispielsweise ein Einlassventil, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung gesteuert wird, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen, umfassen.
In einer Ausführungsform kann eine unabhängige Doppel-VCT an jeder Bank einer V-Kraftmaschine verwendet werden. In einer Bank des V kann beispielsweise der Zylinder einen unabhängig einstellbaren Einlassnocken und Auslassnocken aufweisen, wobei die Nockenzeitsteuerung von jedem der Einlass- und Auslassnocken unabhängig relativ zur Kurbelwellenzeitsteuerung eingestellt werden kann.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 50 ist direkt mit der Brennkammer 14 zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in diese im Verhältnis zu einer Impulsbreite eines Signals, das von der Steuereinheit empfangen werden kann, gekoppelt gezeigt. In dieser Weise schafft die Kraftstoffeinspritzdüse 50 das, was als Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer 14 bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse 50 kann beispielsweise in der Seite der Brennkammer 14 oder in der Oberseite der Brennkammer 14 montiert sein. Kraftstoff kann zur Kraftstoffeinspritzdüse 50 durch ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffpumpe und einer Kraftstoffverteilerleitung zugeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 14 alternativ oder zusätzlich eine Kraftstoffeinspritzdüse umfassen, die im Einlassdurchgang 30 angeordnet ist, in einer Konfiguration, die das schafft, was als Kanaleinspritzung von Kraftstoff in den Einlasskanal stromaufwärts der Brennkammer 14 bekannt ist.
Ein Zündsystem 52 kann einen Zündfunken zur Brennkammer 14 über eine Zündkerze 54 in Reaktion auf ein Vorzündungssignal von der Steuereinheit unter ausgewählten Betriebsmodi liefern. Obwohl Funkenzündungskomponenten gezeigt sind, kann in einigen Ausführungsformen die Brennkammer 14 oder eine oder mehrere andere Brennkammern der Kraftmaschine 10 in einem Kompressionszündungsmodus mit oder ohne Zündfunken betrieben werden.
Ein Zylinderkopf 60 kann mit einem Zylinderblock 62 gekoppelt sein. Der Zylinderkopf 60 kann dazu konfiguriert sein, wirksam das (die) Einlassventil(e) 34, das (die) Auslassventil(e) 36, die zugehörigen Ventilbetätigungssysteme 38 und 40 und dergleichen aufzunehmen und/oder abzustützen. Der Zylinderklopf 60 kann auch die Nockenwellen 44 abstützen. Eine Nockenabdeckung 64 kann mit dem Zylinderkopf 60 gekoppelt und/oder daran montiert sein und kann die zugehörigen Ventilbetätigungssysteme 38 und 40 und dergleichen aufnehmen. Andere Komponenten wie z. B. die Zündkerze 54 können auch durch den Zylinderkopf 60 aufgenommen und/oder abgestützt sein. Der Zylinderblock 62 oder Kraftmaschinenblock kann dazu konfiguriert sein, den Kolben 16 aufzunehmen. Obwohl 1 nur einen Zylinder 12 einer Mehrzylinder-Kraftmaschine 10 zeigt, kann jeder Zylinder 12 ebenso seinen eigenen Satz von Einlass/Auslass-Ventilen, Kraftstoffeinspritzdüse, Zündkerze usw. umfassen.
Eine Nockenabdeckung 64 kann mit dem Zylinderblock 60 gekoppelt sein. Ein Ölabscheider (nicht dargestellt) kann in der Nockenabdeckung 64 enthalten oder darunter angeordnet sein. Ein oder mehrere Ablenkplatten (nicht dargestellt) können enthalten sein.
Ein Turbokompressor (nicht dargestellt) kann in einem Ansaugluftpfad zum Komprimieren eines Ansaugfluids angeordnet sein, bevor das Ansaugfluid zum Einlassdurchgang 30 der Kraftmaschine 10 geleitet wird. In einigen Anwendungen kann ein Zwischenkühler (nicht dargestellt) enthalten sein, um die Einlassladung zu kühlen, bevor sie in die Kraftmaschine eintritt. Der Turbokompressor kann durch eine Auslassturbine angetrieben werden, die durch Abgase angetrieben werden kann, die den Auslasskrümmer 32 verlassen. In einigen Fällen kann die Drosselklappe 31 stromabwärts vom Turbokompressor anstatt stromaufwärts, wie dargestellt, liegen.
Obwohl nicht dargestellt, kann die Kraftmaschine 10 eine Abgasrückführungs-AGR-Leitung und/oder ein AGR-System umfassen.
Öluntersysteme können eine Ölströmung verwenden, um eine gewisse Funktion durchzuführen, wie z. B. Schmieren, Betätigung eines Aktuators usw. Beispiel-Untersysteme können Schmiersysteme wie z. B. Durchgänge zum Zuführen von Öl zu sich bewegenden Komponenten wie z. B. den Nockenwellen, Zylinderventilen usw. umfassen. Andere Öluntersysteme können hydraulische Systeme mit hydraulischen Aktuatoren und hydraulischen Steuerventilen umfassen. Es können weniger oder mehr Öluntersysteme als im dargestellten System gezeigt vorhanden sein.
2A stellt eine Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse 50 in einer ersten Position dar und 2B ist ein Querschnittsdiagramm derselben Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse in einer zweiten Position gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Einspritzdüse 50 kann einen Düsenkörper 102 umfassen. Der Düsenkörper 102 kann eine oder mehrere Düsen 104 aufweisen. Jede Düse 104 kann zum Sprühen eines Kraftstoffs 103 aus einer jeweiligen Sprühposition in der Lage sein. Der Kraftstoff 103 kann ein Hochdruckkraftstoff 103 sein. Der Düsenkörper 102 kann beweglich sein, um die Sprühposition von einer ersten Position 106, wie in 2A dargestellt, in eine zweite Position 108 relativ zu einem festen Punkt zu ändern. 2B kann als eine zweite Beispielposition 108 darstellend betrachtet werden. Der feste Punkt kann irgendeine Stelle in der Kraftmaschine 10 und/oder an der Kraftstoffeinspritzdüse 50 selbst sein. Der feste Punkt kann ein Bezugspunkt sein, der bei der Herstellung oder Montage oder dergleichen der Kraftstoffeinspritzdüse 50 bestimmt wird.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 50 kann eine Einspritzdüsennadel 110 umfassen. Die Einspritzdüsennadel 110 kann für eine axiale Bewegung relativ zum Düsenkörper 102, wie mit Pfeilen 112 dargestellt, von einer eingerückten Position 114 (2A), die eine Strömung durch die eine oder die mehreren Düsen 104 verhindert, in eine ausgerückte Position 116, die eine Strömung durch die eine oder die mehreren Düsen 104 ermöglicht, konfiguriert sein. Die eingerückte Position kann charakterisiert sein, wie wenn die Einspritzdüsennadel 110 und der Düsenkörper beispielsweise auf einer Sitzlinie 118 in Kontakt stehen. Die Bewegung der einen oder der mehreren Düsen 104 aus der ersten Position 106 in die zweite Position 108 und dann zurück in die erste Position 106 kann im Wesentlichen der relativen axialen Bewegung 112 zwischen der Einspritzdüsennadel 110 und dem Düsenkörper 102 aus der eingerückten Position 114 in die ausgerückte Position 116 und dann zurück in die eingerückte Position 114 entsprechen und/oder im Wesentlichen durch diese bestimmt sein. In einigen Fällen kann die Einspritzdüsennadel 110 fest sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Bewegung der Sprühposition aus der ersten Position 106 in die zweite Position 108 entlang eines festen Pfades in einer ersten Richtung 120 liegen und die Bewegung der Sprühposition von der zweiten Position 108 in die erste Position 106 kann entlang des festen Pfades in einer zweiten Richtung 122 entgegengesetzt zur ersten Richtung 120 liegen.
Verschiedene Ausführungsformen können einen Einspritzdüsenkörper 124 mit einem Durchgang 125 durch diesen umfassen, durch den die Einspritzdüsennadel 110 angeordnet ist. Der Einspritzdüsenkörper 124 kann einen ersten Gewindeabschnitt 126 aufweisen. Der Düsenkörper 102 kann einen zweiten Gewindeabschnitt 128 aufweisen, der mit dem ersten Gewindeabschnitt 126 in Gewindeeingriff steht. Wie in 2B dargestellt, kann die relative Bewegung zwischen der Einspritzdüsennadel 110 und dem Düsenkörper 102 eine axiale Bewegung 120, 122 des Düsenkörpers 102 sein, die durch eine relative axiale Drehung 130 zwischen dem Einspritzdüsenkörper 124 und dem Düsenkörper 102 und eine daraus folgende Gewindewechselwirkung zwischen dem ersten und dem zweiten Gewindeabschnitt 126, 128 bewirkt wird. Die relative axiale Drehung 130 zwischen dem Einspritzdüsenkörper 124 und dem Düsenkörper 102 kann durch verschiedene Mittel, beispielsweise durch einen Motor, der auch für die Kraftstoffeinspritzung verwendet werden kann, bewirkt werden. In einigen Beispielausführungsformen kann der Düsenkörper 102 beispielsweise am Zylinderkopf 60 einer Kraftmaschine 10 fixiert oder anderweitig befestigt sein und die axiale Bewegung des Düsenkörpers kann durch eine axiale Drehung des Einspritzdüsenkörpers 124 bewirkt werden. In anderen Beispielausführungsformen, beispielsweise wie in 1 dargestellt, kann die axiale Bewegung des Düsenkörpers durch eine axiale Drehung, wie mit dem Pfeil 130 gezeigt, des Düsenkörpers 102 bewirkt werden und der Einspritzdüsenkörper 124 kann fest sein. In einigen Beispielen kann der resultierende Sprühpfad beispielsweise spiralförmig sein.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 50 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann verschiedene andere Elemente umfassen. Ein Vertikalbewegungsschutz 131 kann enthalten sein, um die relative vertikale Bewegung von einem oder beiden des Einspritzdüsenkörpers 124 und des Düsenkörpers 102 zu steuern und/oder anzuhalten. Ein oder mehrere Dichtungsringe 133 können enthalten sein, die dazu dienen können, einen Austritt des Kraftstoffs 103 zwischen Gegenkomponenten zu verhindern.
3–4 stellen eine zweite Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse 50 in einer ersten Position 138 dar und 5–6 stellen eine zweite Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse in einer zweiten Position 140 gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Ausführungsformen können einen Einspritzdüsenkörper 124 umfassen, der einen Durchgang durch diesen aufweisen kann, durch den die Einspritzdüsennadel 110 angeordnet sein kann. Der Düsenkörper 102 und der Einspritzdüsenkörper 124 können für eine Drehbewegung dazwischen in Eingriff stehen, wie mit dem Pfeil 142 gezeigt. Ein ringförmiger Schlitz 134 kann an einem oder beiden des Düsenkörpers 102 und des Einspritzdüsenkörpers 124 definiert sein. Eine Rückhaltefeder 136 kann im ringförmigen Schlitz 134 angeordnet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Bewegung des Düsenkörpers in einer Richtung von der ersten Position 138 in die zweite Position 140 eine Drehbewegung des Düsenkörpers 142, die durch eine Reaktionskraft 144 bewirkt werden kann, die durch das Sprühen von Kraftstoff aus der einen oder den mehreren Düsen 104 verursacht wird. Ausführungsformen können einen Vorbelastungsmechanismus 136 umfassen, um die Drehbewegung des Düsenkörpers in einer Richtung entgegengesetzt zur Reaktionskraft vorzubelasten, um die Bewegung des Düsenkörpers in einer Richtung von der zweiten Position in die erste Position zu bewirken.
Mit Bezug nun auch auf 7A und 7B, wobei 7A ein Querschnittsdiagramm der zweiten Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse 50 entlang der Linie A-A in 3 geschnitten ist, das den Düsenkörper 102 in einer ersten Winkelposition 138 relativ zum Einspritzdüsenkörper 124 zeigt, und 7B ein Querschnittsdiagramm der zweiten Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse entlang der Linie A-A in 3 geschnitten ist, wobei ein Abschnitt der Einspritzdüse in einer zweiten Winkelposition 140 gezeigt ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Bewegung des Düsenkörpers 102 eine Drehbewegung des Düsenkörpers sein, wie durch den Pfeil 142 dargestellt, die durch eine Reaktionskraft 144 bewirkt wird, die durch das Sprühen von Kraftstoff aus der einen oder den mehreren Düsen verursacht wird; und ferner mit einem Vorbelastungsmechanismus 136, um eine Kraft entgegengesetzt zur Reaktionskraft bereitzustellen.
8 ist ein Querschnittsdiagramm durch einen Spitzenabschnitt einer Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse, das auch ein Beispielsprühmuster zeigt, das gemäß der vorliegenden Offenbarung möglich sein kann. 9 ist ein Querschnittsdiagramm durch einen Spitzenabschnitt einer anderen Beispiel-Kraftstoffeinspritzdüse, das auch ein Beispielsprühmuster zeigt, das gemäß der vorliegenden Offenbarung möglich sein kann.
Verschiedene Ausführungsformen können eine Kraftstoffeinspritzdüsen-Anordnung 50 mit einem Einspritzdüsenkörper 124, der dazu konfiguriert ist, zumindest teilweise eine Kraftstoffkammer 146 für einen Hochdruck-Kraftstoff 103 aufzunehmen, umfassen. Ein Düsenkörper 102 kann mit dem Einspritzdüsenkörper 124 gekoppelt sein und eine oder mehrere Düsen 104 aufweisen.
Eine Einspritzdüsennadel 110 kann zumindest teilweise innerhalb der Kraftstoffkammer 146 angeordnet sein und kann für eine axiale Bewegung relativ zum Düsenkörper 124 konfiguriert sein. Die Einspritzdüsennadel 110 und der Düsenkörper 124 können für einen gegenseitigen Kontakt beispielsweise an einer Sitzlinie 118 konfiguriert sein, um eine Fluidverbindung zwischen der Kraftstoffkammer 146 und der einen oder den mehreren Düsen 104 zu verhindern. Die Einspritzdüsennadel 110 und der Düsenkörper 102 können auch für eine inkrementale beabstandete Positionierung konfiguriert sein, um eine zunehmende Fluidverbindung zwischen der Kraftstoffkammer 146 und der einen oder den mehreren Düsen 104 zu schaffen. Die eine oder die mehreren Düsen 104 können dazu konfiguriert sein, eine wiederholbare Bewegung zu erfahren, die im Wesentlichen der relativen axialen Bewegung der Einspritzdüsennadel 110 und des Düsenkörpers 102 entspricht und im Wesentlichen dadurch bestimmt ist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die wiederholbare Bewegung eine oder mehrere sein von: einer Drehbewegung 142 von einer ersten Position 138 in eine zweite Position 140 und die eine oder die mehreren Düsen 104 können dazu konfiguriert sein, in die erste Position 106 zurückzukehren, wenn die Einspritzdüsennadel und der Düsenkörper in einen Zustand von gegenseitigem Kontakt zurückgeführt werden; einer Translationsbewegung von der ersten Position 106 in die zweite Position 108 und die eine oder die mehreren Düsen sind dazu konfiguriert, in die erste Position 106 zurückzukehren, wenn die Einspritzdüsennadel und der Düsenkörper in einen Zustand von gegenseitigem Kontakt zurückgeführt werden; und einer spiralförmigen Bewegung, die eine erste Komponente, die durch zumindest einen Teil der Drehbewegung definiert ist, und eine zweite Komponente, die durch zumindest einen Teil der Translationsbewegung von der ersten Position in die zweite Position definiert ist, umfassen kann, und die eine oder die mehreren Düsen können dazu konfiguriert sein, in die erste Position zurückzukehren, wenn die Einspritzdüse und der Düsenkörper in einen Zustand von gegenseitigem Kontakt zurückgeführt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen wird die Drehbewegung von der ersten Position 138 in die zweite Position 140 durch eine tangentiale Reaktionskraft 144 bewirkt, die auf den Düsenkörper 102 durch einen Schub ausgeübt wird, der erzeugt wird, wenn ein Teil des Hochdruckfluids aus der einen oder den mehreren Düsen 104 gesprüht wird. In einigen Ausführungsformen wird die Drehbewegung von der zweiten Position 140 in die erste Position 138 durch eine Vorbelastungskraft einer Feder 136 bewirkt, die in einer ringförmigen Nut 134 angeordnet ist, die in einem oder beiden des Einspritzdüsenkörpers 124 und des Düsenkörpers 102 ausgebildet ist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Translationsbewegung eine axiale Bewegung des Düsenkörpers entlang einer Einspritzdüsenachse 150 sein, die durch einen Gewindeeingriff 127 zwischen dem Einspritzdüsenkörper 124 und dem Düsenkörper 102 ermöglicht werden kann. Die Translationsbewegung kann durch eine relative Drehbewegung 130 zwischen dem Düsenkörper 102 und dem Einspritzdüsenkörper 124 bewirkt werden.
Die Translationsbewegung kann eine axiale Bewegung des Düsenkörpers 124 entlang der Einspritzdüsenachse 150 sein, die durch einen Gewindeeingriff 127 zwischen dem Einspritzdüsenkörper 124 und dem Düsenkörper 102 ermöglicht wird, und kann durch eine Drehbewegung des Düsenkörpers 124 bewirkt werden, wobei der Düsenkörper an einem Zylinderkopf 60 einer Kraftmaschine 10 befestigt sein kann.
2–9 sind maßstäblich gezeichnet, obwohl andere relative Abmessungen verwendet werden können, falls erwünscht.
Die Figuren hier zeigen Beispiel-Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn sie direkt miteinander in Kontakt oder direkt gekoppelt gezeigt sind, dann können solche Elemente zumindest in einem Beispiel als direkt in Kontakt stehend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Ebenso können Elemente, die zusammenhängend oder benachbart zueinander gezeigt sind, zumindest in einem Beispiel zusammenhängend bzw. zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die in Flächenteilungskontakt miteinander liegen, als in Flächenteilungskontakt bezeichnet werden. Als anderes Beispiel können Elemente, die auseinander angeordnet sind, wobei nur ein Raum dazwischen und keine anderen Komponenten vorhanden sind, als solche in mindestens einem Beispiel bezeichnet werden. Die Darstellung von direkt miteinander gekoppelten Komponenten ohne irgendwelche zwischenliegenden Komponenten dazwischen kann beispielsweise von Komponenten unterschiedlich sein, die durch eine Zwischenkomponente miteinander gekoppelt sind. Als anderes Beispiel können die Figuren Leerstellen und Räume darstellen, wenn keine Strukturkomponente der Vorrichtung vorhanden ist, die ermöglicht, dass eine oder mehrere Komponenten durch einen unbelegten Raum voneinander beabstandet und/oder voneinander getrennt sind. Außerdem zeigen die Figuren, dass bestimmte Komponenten in einem Beispiel nur die gezeigten Komponenten und keine zusätzlichen Komponenten aufweisen können.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispielverfahren 1010 gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt. Das Verfahren 1010 kann bei 1015 das Sprühen eines Kraftstoffs aus einer Düse entlang eines festen Pfades in einer ersten Richtung umfassen. Das Verfahren 1010 kann auch bei 1025 das Sprühen des Kraftstoffs entlang des festen Pfades in einer zweiten Richtung umfassen. Die zweite Richtung kann zur ersten Richtung entgegengesetzt sein. Das Verfahren 1010 kann auch bei 1035 das Bewegen von einem oder beiden des ersten und des zweiten Elements zueinander hin und voneinander weg um einen axialen Abstand umfassen, wodurch eine Sprühmenge des Kraftstoffsprühens entlang des festen Pfades selektiv gesteuert wird. Das Sprühen in einer ausgewählten Position auf dem festen Pfad kann im Wesentlichen der Sprühmenge und/oder dem axialen Abstand entsprechen und/oder im Wesentlichen dadurch bestimmt sein.
Bei verschiedenen Beispielverfahren kann das Sprühen entlang des festen Pfades 1015, 1025 eines oder beide sein von: Sprühen entlang eines axialen Pfades; und Sprühen entlang eines teilweisen scheibenförmigen und/oder kegelstumpfförmigen Pfades, das durch eine Drehbewegung einer Mündung der Düse verursacht wird.
Bei verschiedenen Beispielverfahren ist das Sprühen des Kraftstoffs aus der Düse entlang des festen Pfades in der ersten Richtung das Sprühen von einer ersten Position in eine zweite Position. Und das Sprühen des Kraftstoffs aus der Düse entlang des festen Pfades in der zweiten Richtung ist das Sprühen von der zweiten Position in die erste Position.
Das Verfahren 1010 kann auch das Befestigen des Einspritzdüsenkörpers an einem Zylinderkopf; das Vorsehen eines Düsenkörpers für die Düse, der zur Drehung konfiguriert ist, umfassen. Die Düse kann im Düsenkörper über Durchgänge oder dergleichen definiert sein. Das Verfahren kann auch das Vorsehen eines Gewindeeingriffs zwischen dem Einspritzdüsenkörper und dem Düsenkörper; und das Bewirken einer axialen Bewegung des Düsenkörpers durch Drehen des Düsenkörpers umfassen.
Bei verschiedenen Beispielverfahren umfasst das Sprühen des Kraftstoffs aus der Düse entlang des festen Pfades in der ersten Richtung das Ermöglichen einer Drehbewegung in einer ersten Drehrichtung, die durch eine Reaktionskraft bewirkt wird, die durch das Sprühen des Kraftstoffs aus der einen oder den mehreren Düsen verursacht wird. Das Verfahren kann auch das Vorbelasten des Düsenkörpers gegen die Reaktionskraft umfassen, wobei das Sprühen des Kraftstoffs aus der Düse entlang des festen Pfades in der zweiten Richtung das Vorbelasten der Düse zur Drehung in einer zweiten Drehrichtung entgegengesetzt zur ersten Drehrichtung umfasst. Die Vorbelastung des Düsenkörpers kann das Positionieren einer Feder zumindest teilweise in einem ringförmigen Schlitz im Düsenkörper umfassen.
Selbstverständlich sind die hier beschriebenen Systeme und Verfahren dem Wesen nach beispielhaft und diese speziellen Ausführungsformen oder Beispiele sollen nicht in einer begrenzenden Hinsicht betrachtet werden, da zahlreiche Variationen in Betracht gezogen werden. Folglich umfasst die vorliegende Offenbarung alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen der verschiedenen hier offenbarten Systeme und Verfahren sowie beliebige Äquivalente davon.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6029913 [0003, 0005]

Claims

Kraftstoffeinspritzdüse, die Folgendes umfasst: einen Düsenkörper mit einer oder mehreren Düsen, die jeweils zum Sprühen eines Kraftstoffs aus einer jeweiligen Sprühposition in der Lage sind, wobei der Düsenkörper beweglich ist, um die Sprühposition von einer ersten Position in eine zweite Position relativ zu einem festen Punkt zu ändern; eine Einspritzdüsennadel, die zur axialen Bewegung relativ zum Düsenkörper von einer eingerückten Position, die eine Strömung durch die eine oder die mehreren Düsen verhindert, in eine ausgerückte Position, die eine Strömung durch die eine oder die mehreren Düsen ermöglicht, konfiguriert ist; und wobei die Bewegung der einen oder der mehreren Düsen aus der ersten Position in die zweite Position und dann zurück in die erste Position im Wesentlichen der relativen axialen Bewegung zwischen der Einspritzdüsennadel und dem Düsenkörper von der eingerückten Position in die ausgerückte Position und dann zurück in die eingerückte Position entspricht und/oder im Wesentlichen dadurch bestimmt ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, wobei die Bewegung der Sprühposition von der ersten Position in die zweite Position entlang eines festen Pfades in einer ersten Richtung liegt, und wobei die Bewegung der Sprühposition von der zweiten Position in die erste Position entlang des festen Pfades in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung liegt.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, die ferner einen Einspritzdüsenkörper mit einem Durchgang durch diesen umfasst, durch den die Einspritzdüsennadel angeordnet ist, wobei der Einspritzdüsenkörper einen ersten Gewindeabschnitt aufweist, wobei der Düsenkörper einen zweiten Gewindeabschnitt aufweist, der mit dem ersten Gewindeabschnitt in Gewindeeingriff steht, wobei die Bewegung des Düsenkörpers und die relative Bewegung zwischen der Einspritzdüsennadel und dem Düsenkörper eine axiale Bewegung des Düsenkörpers sind, die durch eine relative axiale Drehung zwischen dem Einspritzdüsenkörper und dem Düsenkörper und eine daraus folgende Gewindewechselwirkung zwischen dem ersten und dem zweiten Gewindeabschnitt bewirkt wird.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 3, wobei der Einspritzdüsenkörper fest ist und die axiale Bewegung des Düsenkörpers durch axiale Drehung des Düsenkörpers bewirkt wird.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, wobei die Bewegung des Düsenkörpers in einer Richtung von der ersten Position in die zweite Position eine Drehbewegung des Düsenkörpers ist, die durch eine Reaktionskraft bewirkt wird, die durch das Sprühen von Kraftstoff aus der einen oder den mehreren Düsen verursacht wird; und die ferner einen Vorbelastungsmechanismus umfasst, um die Drehbewegung des Düsenkörpers in einer Richtung entgegengesetzt zur Reaktionskraft vorzubelasten, um eine Bewegung des Düsenkörpers in einer Richtung von der zweiten Position in die erste Position zu bewirken.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, die ferner einen Einspritzdüsenkörper umfasst und einen Durchgang durch diesen aufweist, durch den die Einspritzdüsennadel angeordnet ist, wobei der Düsenkörper und der Einspritzdüsenkörper für eine Drehbewegung dazwischen in Eingriff stehen, wobei ein ringförmiger Schlitz an einem oder beiden des Düsenkörpers und des Einspritzdüsenkörpers definiert ist, wobei eine Rückhaltefeder in dem ringförmigen Schlitz angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, wobei die Bewegung des Düsenkörpers eine Drehbewegung des Düsenkörpers ist, die durch eine Reaktionskraft bewirkt wird, die durch das Sprühen von Kraftstoff aus der einen oder den mehreren Düsen verursacht wird; und die ferner einen Vorbelastungsmechanismus umfasst, um eine Kraft entgegengesetzt zur Reaktionskraft bereitzustellen.
Kraftstoffeinspritzdüsen-Anordnung, die Folgendes umfasst: einen Einspritzdüsenkörper, der dazu konfiguriert ist, zumindest teilweise eine Kraftstoffkammer für einen Hochdruck-Kraftstoff aufzunehmen; einen Düsenkörper, der mit dem Einspritzdüsenkörper mit einer oder mehreren Düsen gekoppelt ist; und eine Einspritzdüsennadel, die zumindest teilweise innerhalb der Kraftstoffkammer angeordnet ist und für eine axiale Bewegung relativ zum Düsenkörper konfiguriert ist, wobei die Einspritzdüsennadel und der Düsenkörper für einen gegenseitigen Kontakt konfiguriert sind, um eine Fluidverbindung zwischen der Kraftstoffkammer und der einen oder den mehreren Düsen zu verhindern, und für eine inkrementale beabstandete Positionierung konfiguriert sind, um eine zunehmende Fluidverbindung zwischen der Kraftstoffkammer und der einen oder den mehreren Düsen zu schaffen, wobei die eine oder die mehreren Düsen dazu konfiguriert sind, eine wiederholbare Bewegung zu erfahren, die im Wesentlichen der relativen axialen Bewegung der Einspritzdüsennadel und des Düsenkörpers entspricht und im Wesentlichen dadurch bestimmt ist.
Kraftstoffeinspritzdüsen-Anordnung nach Anspruch 8, wobei die wiederholbare Bewegung eine oder mehrere von Folgenden ist: einer Drehbewegung von einer ersten Position in eine zweite Position und die eine oder die mehreren Düsen sind dazu konfiguriert, in die erste Position zurückzukehren, wenn die Einspritzdüsennadel und der Düsenkörper in einen Zustand von gegenseitigem Kontakt zurückgeführt werden; einer Translationsbewegung von der ersten Position in die zweite Position und die eine oder die mehreren Düsen sind dazu konfiguriert, in die erste Position zurückzukehren, wenn die Einspritzdüsennadel und der Düsenkörper in einen Zustand von gegenseitigem Kontakt zurückgeführt werden; und einer spiralförmigen Bewegung mit einer ersten Komponente, die durch zumindest einen Teil der Drehbewegung definiert ist, und einer zweiten Komponente, die durch zumindest einen Teil der Translationsbewegung von der ersten Position in die zweite Position definiert ist, und wobei die eine oder die mehreren Düsen dazu konfiguriert sind, in die erste Position zurückzukehren, wenn die Einspritzdüsennadel und der Düsenkörper in einen Zustand von gegenseitigem Kontakt zurückgeführt werden.
Kraftstoffeinspritzdüsen-Anordnung nach Anspruch 9, wobei die Drehbewegung von der ersten Position in die zweite Position durch eine tangentiale Reaktionskraft bewirkt wird, die auf den Düsenkörper durch einen Schub ausgeübt wird, der erzeugt wird, wenn ein Teil des Hochdruckfluids aus der einen oder den mehreren Düsen gesprüht wird; und die Drehbewegung von der zweiten Position in die erste Position durch eine Vorbelastungskraft einer Feder bewirkt wird, die in einer ringförmigen Nut angeordnet ist, die in einem oder beiden des Einspritzdüsenkörpers und des Düsenkörpers ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzdüsen-Anordnung nach Anspruch 9, wobei die Translationsbewegung eine axiale Bewegung des Düsenkörpers entlang einer Einspritzdüsenachse ist, die durch einen Gewindeeingriff zwischen dem Einspritzdüsenkörper und dem Düsenkörper ermöglicht wird und durch eine relative Drehbewegung zwischen dem Düsenkörper und dem Einspritzdüsenkörper bewirkt wird.
Kraftstoffeinspritzdüsen-Anordnung nach Anspruch 9, wobei die Translationsbewegung eine axiale Bewegung des Düsenkörpers entlang einer Einspritzdüsenachse ist, die durch einen Gewindeeingriff zwischen dem Einspritzdüsenkörper und dem Düsenkörper ermöglicht wird und durch eine Drehbewegung des Düsenkörpers bewirkt wird.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Sprühen von Kraftstoff aus einer Düse entlang eines festen Pfades in einer ersten und einer zweiten Richtung, wobei die zweite Richtung zur ersten Richtung entgegengesetzt ist; und Bewegen eines ersten und eines zweiten Elements zueinander hin und voneinander weg um einen axialen Abstand, um eine Sprühmenge des Kraftstoffsprühens entlang des festen Weges zu steuern, wobei das Sprühen nur in einer ausgewählten Position auf dem festen Pfad stattfindet, der durch die Sprühmenge und den axialen Abstand bestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Sprühen entlang des festen Pfades eines oder mehrere ist von Folgendem: Sprühen entlang eines spiralförmigen Pfades; Sprühen entlang eines axialen Pfades; und Sprühen entlang eines teilweisen scheibenförmigen und/oder kegelstumpfförmigen Pfades, das durch eine Drehbewegung einer Mündung der Düse verursacht wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Sprühen des Kraftstoffs aus der Düse entlang des festen Pfades in der ersten Richtung Sprühen von einer ersten Position in eine zweite Position ist, und das Sprühen des Kraftstoffs aus der Düse entlang des festen Pfades in der zweiten Richtung Sprühen von der zweiten Position in die erste Position ist.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner Folgendes umfasst: Befestigen des Einspritzdüsenkörpers an einem Zylinderkopf; Vorsehen eines Düsenkörpers für die Düse, der zur Drehung konfiguriert ist; Vorsehen eines Gewindeeingriffs zwischen dem Einspritzdüsenkörper und dem Düsenkörper; und Bewirken einer axialen Bewegung des Düsenkörpers durch Drehen des Düsenkörpers.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Sprühen des Kraftstoffs aus der Düse entlang des festen Pfades in der ersten Richtung das Ermöglichen einer Drehbewegung in einer ersten Drehrichtung umfasst, die durch eine Reaktionskraft bewirkt wird, die durch das Sprühen des Kraftstoffs aus der einen oder den mehreren Düsen verursacht wird; und das ferner das Vorbelasten des Düsenkörpers gegen die Reaktionskraft umfasst, wobei das Sprühen des Kraftstoffs aus der Düse entlang des festen Pfades in der zweiten Richtung das Vorbelasten der Düse zur Drehung in einer zweiten Drehrichtung entgegengesetzt zur ersten Drehrichtung umfasst.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 17, wobei das Vorbelasten des Düsenkörpers das Positionieren einer Feder zumindest teilweise in einem ringförmigen Schlitz im Düsenkörper umfasst.