DE112006000564T5

DE112006000564T5 - Steuerventilanordnung und Brennstoffeinspritzvorrichtung die diese verwendet

Info

Publication number: DE112006000564T5
Application number: DE112006000564T
Authority: DE
Inventors: Dennis H. Chillicothe Gibson; Mark F. Sparland Sommars
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2008-01-17
Also published as: CN101137838A; US20060202053A1; WO2006098829A1

Abstract

Steuerventilanordnung (12, 112, 212), die Folgendes aufweist:
mindestens ein Gehäuse (11, 111, 211), welches einen ersten Durchlass (18, 118, 218) und einen zweiten Durchlass (19, 119, 219) aufweist;
ein erstes Ventilglied (30a, 130a), welches mit einer ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung (22a, 122a) gekoppelt ist und zumindest teilweise in dem mindestens einen Gehäuse (11, 111, 211) angeordnet ist, wobei das erste Ventilglied (30a, 130a) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist, um die Strömungsmittelverbindungen zwischen dem ersten Durchlass (18, 118, 218) und dem zweiten Durchlass (19, 119, 219) zu schließen bzw. zu öffnen; und
ein zweites Ventilglied (30b, 130b), welches mit einer zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung (22b, 122b) gekoppelt ist und zumindest teilweise in dem mindestens einen Gehäuse (11, 111, 211) angeordnet ist, und in Reihe mit dem ersten Ventilglied (30a, 130a) ist, wobei das zweite Ventilglied (30b, 130b) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Steuerventile und auf Verfahren zur Steuerung des Strömungsmittelflusses zwischen zwei oder mehr Strömungsmitteldurchlässen und sie bezieht sich insbesondere auf eine Steuerventil anordnung mit einem Paar von Ventilen, die in Reihe angeordnet sind.
Hintergrund
Eine große Vielzahl von Steuerventilkonstruktionen und Steuerventilbetriebsverfahren ist bekannt. In den letzten Jahrzehnten ist das Vorsehen von relativ komplizierten Steuerventilanordnungen in Verbrennungsmotorbrennstoffsystemen üblich geworden. Steuerventile werden beispielsweise bei verschiedenen Aspekten der Brennstofflieferung, beim Unterdrucksetzen und bei der Einspritzung in vielen Verbrennungsmotoren eingesetzt. Trotz Verbesserungen bei Konstruktion und Betrieb von Steuerventilen mit den Jahren treiben immer strenger werdende Regulierungen der Regierung bezüglich Emissionen und Brennstoffverbrauch weiter die Suche nach Verbesserungen an.
Um erhöhte Leistungs- und Wirkungsgradstandards zu erfüllen, haben die Ingenieure weiter die Präzision verfeinert, mit welcher Steuerventile in Verbrennungsmotoren die Einleitung, die Dauer und die Beendigung von Einspritzereignissen steuern. Es ist beispielsweise herausgefunden worden, dass relativ kleine Voreinspritzungen vor einer Haupteinspritzung, genauso wie relativ kleine Nacheinspritzungen, in machen Fällen die Emissionsqualität und die Brennstoffausnutzung von vielen Motoren verbessern können. Mehrere kleine eng gekoppelte Einspritzungen werden auch bei gewissen Anwendungen verwendet. Bei einer herkömmlichen Konstruktion steuert ein Steuerventil den Strömungsmittelfluss in einem Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper, um ein Einlassventil zwischen offenen und geschlossenen Positionen einzustellen. Bei abnehmenden Brennstoffeinspritzmengen kann es nötig sein, dass das Steuerventil sich relativ schnell bewegt. In man chen Systemen sind die oberen Grenzen dessen erreicht worden, wie schnell das einzelne Steuerventil praktisch eingestellt werden kann, um den Strömungsmittelfluss zu verändern. Höhere Einspritzdrücke werden auch oft eingesetzt, was weitere Herausforderungen zur Steigerung der Präzision erzeugt, während die Einspritzmenge verringert wird. Es ist jedoch klar geworden, dass für gewisse Anwendungen noch kleinere und präziser gesteuerte Einspritzmengen wünschenswert sein können als diese in herkömmlichen Systemen verfügbar sind.
In einem Versuch, das Ansprechen von gewissen Brennstoffeinspritzvorrichtungssteuerventilanordnungen zu verbessern, haben viele Hersteller begonnen, piezoelektrische Betätigungsvorrichtungen anstelle von traditionellen elektromagnetbetriebenen elektrischen Betätigungsvorrichtungen in ihren Steuerventilanordnungen einzusetzen. Piezoelektrische Betätigungsvorrichtungen tendieren dazu, eine schnellere Ansprechzeit auf ein Steuersignal zu bieten als gewisse elektromagnetbetätigte Betätigungsvorrichtungen. Dies kommt teilweise von der Zeit, die nötig ist, um eine Elektromagnetspule zu erregen und entregen, und auch von der Zeit, die nötig ist, damit ein Ventilglied über eine Laufdistanz läuft. Piezoelektrische Betätigungsvorrichtungen setzen piezoelektrische Materialien ein, die ihren Zustand schnell ändern können, wenn ein elektrisches Feld an diese angelegt wird, und die wiederum die Bewegung eines Ventilgliedes relativ schnell steuern, wodurch ein Teil der Überlegungen vermieden wird, die elektromagnetbetriebene Anordnungen betreffen.
Während piezoelektrische Betätigungsvorrichtungen sich als viel versprechend gezeigt haben, kann der Einsatz teuer sein und Konstruktionsveränderungen an existierenden Brennstoffsystemen erfordern. Um diese Überlegungen zu vermeiden, haben einige Hersteller von Brennstoffeinspritzvorrichtungen versucht, auf existierenden Techniken in elektromagnetbetriebenen Steuerventilanordnungen aufzubauen. Eine solche Entwicklung wird in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2003/0102391 von Rodriguez-Amaya u.a. beschrieben, betitelt "Electro Magnetic Valve-Actuated Control Module for Controlling Fluid In Injection Systems". Rodriguez-Amaya u.a. beschreiben ein Steuermodul für die Strömungsmittelsteuerung in Einspritzsystemen, welches einen Ventilkörper auf weist, in dem Nadelsteuerventile positioniert sind. Die Nadelsteuerventile werden verwendet, um einen Druckaufbau oder eine Druckentlastung in Steuerkammern oder in Düsenkammern einer Brennstoffeinspritzvorrichtung zu variieren. Obwohl die Konstruktion von Rodriguez-Amaya u.a. gewisse Anwendungen hat, gibt es immer noch Raum für Verbesserungen. Die vorliegende Offenbarung ist auf eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme oder Nachteile gerichtet.
Zusammenfassung der Offenbarung
Gemäß einem Aspekt sieht die vorliegende Offenbarung eine Steuerventilanordnung vor. Die Steuerventilanordnung weist mindestens ein Gehäuse mit einem ersten Durchlass und einem zweiten Durchlass auf. Ein erstes Ventilglied, welches mit einer ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung gekoppelt ist, ist zumindest teilweise in dem mindestens einen Gehäuse angeordnet und ist zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar, um Strömungsmittelverbindungen zwischen den ersten und zweiten Durchlässen jeweils zu schließen und zu öffnen. Ein zweites Ventilglied ist auch zumindest teilweise in dem mindestens einen Gehäuse positioniert und ist mit einer zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung gekoppelt. Das zweite Ventilglied ist in Reihe mit dem ersten Ventilglied positioniert und ist zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar, um die Strömungsmittelverbindung zwischen den ersten und zweiten Durchlässen jeweils zu schließen und zu öffnen.
Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Offenbarung eine Brennstoffeinspritzvorrichtung vor. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung weist ein elektronisch gesteuertes Einspritzstartventil auf, welches zwischen ersten und zweiten Positionen bewegbar ist, und ein elektronisch gesteuertes Einspritzbeendigungsventil, welches in Reihe mit dem Einspritzstartventil angeordnet ist und zwischen ersten und zweiten Positionen bewegbar ist.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Steuerung eines Strömungsmittelflusses in einem Strömungsmitteldurchlass einer Steuerventilanordnung vor. Das Verfahren weist die Schritte auf, eine Veränderung der Position eines ersten elektrisch betätigten Ventils anzuweisen, um eine erstes Ventilglied, welches zumindest teilweise in dem Strömungsmitteldurchlass angeordnet ist, von einer ersten Position zu einer zweiten Position zu bewegen. Das Verfahren weist weiter den Schritt auf, zuerst das erste Ventilglied in seine erste Position zurückzubringen, eine Positionsveränderung eines zweiten elektrisch betätigten Ventils anzuweisen, um das zweite Ventilglied, welches in Reihe mit dem ersten Ventilglied angeordnet ist, von einer ersten Position zu einer zweiten Position zu bewegen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Veranschaulichung einer Brennstoffeinspritzvorrichtung und einer Steuerventilanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine schematische Veranschaulichung einer Brennstoffeinspritzvorrichtung und einer Steuerventilanordnung gemäße einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegende Offenbarung;
3 ist eine schematische Veranschaulichung einer Brennstoffeinspritzvorrichtung und einer Steuerventilanordnung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; und
4 ist eine Kurvendarstellung, die den Betrieb eines Brennstoffeinspritzsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu einem bekannten Brennstoffeinspritzsystem veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung
Mit Bezug auf 1 ist schematisch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 10 mit einer Steuerventilanordnung 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Die Steuerventilanordnung 12 weist ein erstes Ventil oder Einspritzstartventil 20a und eine zweites Ventil oder Einspritzbeendigungsventil 20b auf. Die Ventile 20a und 20b weisen jeweils ein bewegbares Ventilglied 30a bzw. 30b auf, welches zumindest teilweise in einem Gehäuse 11 positioniert ist. Die Ventilglieder 30a und 30b sind in dem Gehäuse 11 in Reihe angeordnet.
Das Einspritzstartventil 20a kann betreibbar sein, um eine Einleitung einer Brennstoffeinspritzung in einen (nicht gezeigten) Motorzylinder über ein Einlassventil 40 zu steuern, während das Einspritzbeendigungsventil 20b betreibbar sein kann, um das Ende einer Einspritzung über das Einlassventil 40 zu steuern. Die Steuerung des Zustandes oder der Position des Einlassventils 40 gemäß der vorliegenden Offenbarung wird relativ kleine Brennstoffeinspritzmengen zulassen und eine relativ präzise Steuerung der Einleitung und Beendigung eines speziellen Brennstoffeinspritzereignisses, wie hier beschrieben. Während in Betracht gezogen wird, dass eine Anwendung der Steuerventilanordnung 12 in Brennstoffeinspritzsystemen sein wird, wird der Fachmann erkennen, dass die Steuerventilanordnung 12 in Bereichen anwendbar sein kann, die nicht mit Brennstoffsystemen in Beziehung stehen.
Während die Steuerventilanordnung 12 in einem einzigen Gehäuse 11 mit anderen Komponenten der Brennstoffeinspritzvorrichtung 10 gezeigt ist, sei bemerkt, dass mehr als ein Gehäuse beim Aufbau der Steuerventilanordnung 12 oder der Brennstoffeinspritzvorrichtung 10 im Allgemeinen verwendet werden könnte. Das Einlassventil 40 kann ein direkt gesteuertes Einlassventil oder ein direkt betätigtes Rückschlagventil sein, dessen Position zumindest teilweise mit den Ventilen 20a und 20b gesteuert wird, wobei jedoch bemerkt sei, dass alternative Ausführungsbeispiele von Brennstoffeinspritzvorrichtungen in Betracht gezogen werden. Anstatt einem Einlassventil werden beispielsweise Konstruktionen in Betracht gezogen, wo die Ventile 20a und 20b den Strömungsmitteldruck steuern, der zur Druckfläche eines Verstärkerkolbens in einer Brennstoffeinspritzvorrichtung geliefert wird.
Ein damit in Beziehung stehendes in Betracht gezogenes Ausführungsbeispiel kann die Steuerung eines Brennstoffdruckmechanismus unabhängig von der Einspritzvorrichtung 10 aufweisen. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Steuerventilanordnung 12 betriebsmäßig mit einem Brennstoffdruckstößel gekoppelt sein. Wenn Brennstoff in einem solchen Ausführungsbeispiel unter Druck gesetzt werden soll, kann die Steuerventilanordnung in ähnlicher Weise betrieben werden, wie hier beschrieben, um unter Druck gesetztes Strömungsmittel zu einer Druckfläche des Stößels zu liefern. Der Stößel wird durch das unter Druck gesetzte Strömungsmittel nach unten getrieben und wird wiederum eine Brennstoffkammer unter Druck setzen, die strömungsmittelmäßig mit einem Einlassventil verbunden ist, ähnlich wie jenes, welches in 1 gezeigt ist.
Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 10 wird typischerweise mit einer Hochdruckströmungsmittelquelle 14 und einem Niederdruckablauf 16 verbunden sein. Das ausgewählte Hochdruckströmungsmittel kann ein Brennstoff sein, wie beispielsweise Diesel oder Benzin, jedoch werden alternative Ausführungsbeispiele in Betracht gezogen, wobei Motoröl, Getriebeöl oder Kühlströmungsmittel oder ein anderes geeignetes hydraulisches Strömungsmittel verwendet wird. Die Hochdurchströmungsmittelquelle 14 kann eine Common-Rail bzw. gemeinsame Druckleitung sein, könnte jedoch eine durch Nocken betriebene Brennstoffkompressionsvorrichtung bzw. Brennstoffpumpe sein. Hochdruckströmungsmittel kann zu einer Steuerkammer 44 des Einlassventils 40 über einen ersten Strömungsmittelsdurchlass 18 geliefert werden. Das Einspritzstartventil 20a kann Strömungsmittelverbindungen zwischen dem ersten Durchlass 18 und einem zweiten Stömungsmitteldurchlass 19 steuern, die wiederum abwechselnd mit dem Ablauf 16 durch das Einspritzbeendigungsventil 20b verbunden werden oder von diesem abgeblockt werden. Ein Zwischendurchlass 17 kann die ersten und zweiten Durchlässe 18 und 19 verbinden.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 weist das Einlassventil 40 ein Nadelventilglied 42 mit einer Steuerfläche 45 auf, die einem Strömungsmitteldruck vom ersten Durchlass 18 in der Steuerkammer 44 ausgesetzt ist, und hydraulische Öffnungsflächen 43, die einem Strömungsmitteldruck in einer Düsenkammer 50 ausgesetzt sind. Die Steuerfläche 45 wird typischerweise so bemessen sein, dass eine Hydraulikkraft darauf das Nadelventilglied 42 zu einer aufgesetzten Position zwischen den Einspritzereignissen vorspannen wird, wie hier beschrieben. Der Strömungsmitteldruck in der Kammer 44 kann über die Ventile 20a und 20b variiert werden, um das Nadelventilglied 42 weg von einem (nicht gezeigten) Sitz zu bewegen, und um dadurch die Düsenkammer 50 zu öffnen, um unter Druck gesetzten Brennstoff einzuspritzen. Zu diesem Zweck wird das Nadelventilglied 42 typischerweise hydraulische Öffnungsflächen 43 aufweisen, die der Düsenkammer 50 ausgesetzt sind. Die Steuerfläche 45 und die hydraulischen Öffnungsflächen 43 werden typischerweise so bemessen sein, dass, wenn der Druck in der Kammer 44 verringert wird, wie hier beschrieben, ein ausreichender Hydraulikdruck in der Düsenkammer 50 vorhanden sein wird, um das Ventilglied 42 von einer aufgesetzten Position abzuheben.
Wenn die Düsenkammer 50 durch das Zurückziehen des Ventilgliedes 42 geöffnet wird, kann unter Druck gesetzter Brennstoff von der Hochdruckströmungsmittelquelle 14 vom ersten Durchlass 18 durch einen Düsendurchlass 41 und aus der Düsenkammer 50 fließen. Während das Ausführungsbeispiel der 1 den Düsendurchlass 41 aufweist, sei bemerkt, dass alternative Ausführungsbeispiele in Betracht gezogen werden, wobei die Steuerventilanordnung 12 verwendet wird, um direkt das Einlassventil 40 zu steuern, wobei jedoch ein getrenntes Strömungsmittelliefersystem verwendet wird, um unter Druck gesetzten Brennstoff zur Düsenkammer 50 zu liefern. Die Flussbegrenzungen 13 können an gegenüberliegenden Seiten der Steuerkammer 44 positioniert sein, um den Strömungsmittelfluss in einer in der Technik wohl bekannten Weise zu begrenzen. In einem in Betracht gezogenen Ausführungsbeispiel wird eine Ablaufseite des Durchlasses 18, die die Steuerkammer 44 mit dem Einspritzstartventil 20a verbindet, geringfügig größer als die gegenüberliegende Seite sein, die die Steuerkammer 44 mit der Hochdruckströmungsmittelquelle 14 verbindet.
Insbesondere mit Bezug auf die Steuerventilanordnung 12 werden sowohl das Einspritzstartventil 20a als auch das Einspritzbeendigungsventil 20b typischerweise elektrisch betätigt sein. Das Einspritzstartventil 20a kann eine erste elektrische Betätigungsvorrichtung 22a aufweisen, während das Einspritzbeendigungsventil 20b eine zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 22b aufweisen kann. Die Steuerventilanordnung 12 wird typischerweise mit einer elektronischen Steuervorrichtung mit getrennten Elektromagnettreibern für jede der elektrischen Betätigungsvorrichtungen 22a und 22b gekoppelt sein. Es wird in Betracht gezogen, dass die ersten und zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtungen 22a und 22b typischerweise durch elektromagnetangetriebene elektrische Betätigungsvorrich tungen sein werden, obwohl eine alternative Bauart einer elektrischen Betätigungsvorrichtung, wie beispielsweise eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung, verwendet werden könnte, falls erwünscht. Somit kann die erste elektrische Betätigungsvorrichtung 22a einen ersten Elektromagneten 24a und einen ersten Anker 26a aufweisen, der gekoppelt ist, um sich mit dem ersten Ventilglied 30a zu bewegen, während die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 22b einen zweiten Elektromagneten 24b und einen zweiten Anker 26b aufweisen kann, der gekoppelt ist, um sich mit dem zweiten Ventilglied 30b zu bewegen.
Jeder der ersten und zweiten Anker 26a und 26b wird typischerweise mit einer jeweiligen ersten Vorspannfeder 25a und einer zweiten Vorspannfeder 25b vorgespannt sein. Jede der Vorspannfedern 25a und 25b wird typischerweise die Ventilglieder 30a bzw. 30b zu entweder einer ersten Position, in der das jeweilige Ventilglied die Strömungsmittelverbindung zwischen den ersten und zweiten Durchlässen 18 und 19 schließen wird, oder einer zweiten Position vorspannen, in der das jeweilige Ventilglied nicht die Strömungsmittelverbindungen zwischen den Durchlässen 18 und 19 blockieren wird. In dem Ausführungsbeispiel der 1 spannen die Vorspannfedern 25a und 25b das erste Ventilglied 30a und das zweite Ventilglied 30b zu ersten bzw. zweiten Positionen vor. Es sei bemerkt, dass hier die Beschreibungen von „ersten" und „zweiten" Positionen nicht derart verstanden werden sollen, dass sie die Offenbarung einschränken. Anders gesagt, die Ausdrücke sind zur bequemen Beschreibung vorgesehen und jede der beschriebenen Positionen der jeweiligen Ventilglieder könnte entweder als eine erste oder als eine zweite Position angesehen werden.
Das erste Ventilglied 30a kann bewegbar zwischen einem Anschlag 31a und einem ersten Sitz 32a eingeschlossen sein. Das Erregen der ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 22a wird bewirken, dass der Anker 26a sich zu der Elektromagnetspule 24a hin gegen die Kraft der Feder 25a bewegt. Der Anker 26a ist gekoppelt bzw. angeschlossen, um sich mit dem ersten Ventilglied 30a zu bewegen und wird somit dieses aus seiner ersten Position am Sitz 32a, die eine Strömungsmittelverbindung zwischen den Durchlässen 18 und 19 blockiert, zu seiner zweiten Position gegen den Anschlag 31a bewegen und einen Strömungsmittelfluss über den Sitz 32a gestatten.
Das zweite Ventilglied 30b kann bewegbar zwischen einem zweiten Sitz 31b und einem dritten Sitz oder einem Anschlag 32b eingeschlossen sein. Das zweite Ventilglied 30b wird typischerweise zu seiner in 1 gezeigten zweiten Position vorgespannt sein, in der Strömungsmittel über den zweiten Sitz 31b fließen kann. Wenn das erste Ventilglied 30a vom ersten Sitz 31a weg bewegt wird, wird somit eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem ersten Durchlass 18 und dem zweiten Durchlass 19 eingerichtet, was wiederum die Kammer 44 mit dem Ablauf 16 verbindet. Eine Aktivierung der ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 20a kann dadurch einen Druckabfall in der Kammer 44 einleiten, und zwar durch eine Strömungsmittelverbindung der Kammer 44 mit dem Ablauf 16, was gestattet, dass das Nadelventilglied 42 sich unter der hydraulischen Kraft in der Kammer 50 zurückzieht, und diese zum Einspritzen von Brennstoff öffnet.
Wie beschrieben, kann das Gehäuse 11 entweder einen dritten Sitz oder einen Anschlag 32b aufweisen, gegen den das zweite Ventilglied 30b in seiner zweiten vorgespannten Position ruht. Die Aktivierung der zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung 20b kann bewirken, dass der Anker 26b sich zu der zweiten Elektromagnetspule 24b hin bewegt, und zwar gegen die Vorspannkraft der zweiten Feder 25b, und sie kann wiederum das zweite Ventilglied 30b zum zweiten Sitz 31b bewegen. Wenn das zweite Ventilglied 30b den zweiten Sitz 31b erreicht, wird eine Strömungsmittelverbindung zwischen den ersten und zweiten Durchlässen 18 und 19 blockiert werden, und folglich zwischen der Kammer 44 und dem Ablauf 16. Das Blockieren der Strömungsmittelverbindung wird gestatten, dass der Hydraulikdruck in der Kammer 44 ansteigt, wobei dieser auf die Steuerfläche 45 drückt und die Kammer 50 mit dem Nadelventilglied 42 schließt, um die Brennstoffeinspritzung zu beenden.
In einem Ausführungsbeispiel, wo das Gehäuse 11 einen dritten Sitz 32b aufweist, kann ein dritter Durchlass 15 den Sitz 32b mit dem ersten Durchlass 18 und der Hochdruckströmungsmittelquelle 14 verbinden. Durch diese Verbindung mit dem ersten Durchlass 18 und der Hochdruckströmungsmittelquelle 14 kann der Durchlass 15 einen Hydraulikdruck liefern, der es vergleichsweise einfacher und schneller macht, das zweite Ventilglied 30b zu seiner ersten Position zu bewegen, wodurch eine Strömungsmittelverbindung zwischen den ersten und zweiten Durchlässen 18 und 19 blockiert wird. Weil die Kammer 44 typischerweise einem hohen Druck aus dem Durchlass 18 ausgesetzt ist, wird, wenn das zweite Ventilglied 30b sich vom dritten Sitz 32b weg bewegt, hoher Druck zur Kammer 44 aus zwei Richtungen geliefert. Dies kann gestatten, dass der Druck darin sich vergleichsweise schneller aufbaut und die Zeit verringert wird, die erforderlich ist, um das Ventilglied 42 zu bewegen, um die Düsenkammer 50 zu schließen und die Einspritzung zu beenden. Die Richtungen der durchgezogenen schwarzen Pfeile in den Strömungsmitteldurchlässen der Brennstoffeinspritzvorrichtung 10 stellen eine anfängliche und typische Strömungsmittelflussrichtung dar, wenn das Einspritzstartventil 20a das erste Mal eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem ersten Durchlass 18 und dem zweiten Durchlass 19 öffnet. Gestrichelte Pfeile stellen einen umgekehrten Strömungsmittelfluss in einem Ausführungsbeispiel dar, welches den dritten Durchlass 15 verwendet, der auftritt, wenn das zweite Ventilglied 30b vom dritten Sitz 32b weg bewegt wird.
Mit Bezug auf 2 ist dort eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 110 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 110 kann ein oder mehrere Gehäuse 111 und eine Steuerventilanordnung 112 aufweisen. Ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel der 1 weist die Steuerventilanordnung 112 ein Einspritzstartventil 120a, ein Einspritzbeendigungsventil 120b und ein Einlassventil 140 auf. Das Einspritzstartventil 120a kann eine erste elektrische Betätigungsvorrichtung 122 mit einem Elektromagneten 124a, mit einem Anker 126a und einer Vorspannfeder 125a aufweisen. Das Einspritzstartventil 120a kann weiter mit einem ersten Ventilglied 130a gekoppelt sein, welches zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar ist. In einer in 2 gezeigten ersten Position kann das erste Ventilglied 130a benachbart zu einem ersten Sitz 132a sein, was eine Strömungsmittelverbindung zwischen einem ersten Durchlass 118 und einem zweiten Durchlass 119 blockiert, die durch einen Zwischendurchlass 117 verbunden sind. Eine Strömungsmittel verbindung wird jedoch zwischen dem ersten Durchlass 118 und einem dritten Durchlass 133 bestehen, der wiederum mit einem Ablauf 116 verbunden ist. Eine Hochdruckströmungsmittelquelle 114 ist mit dem erste Durchlass 118 verbunden, und entsprechend kann unter Druck gesetztes Strömungsmittel kontinuierlich von der Quelle 114 über den Durchlass 118 zum Durchlass 133 fließen oder „überlaufen", und von dort zum Ablauf 116, wenn das erste Ventilglied 130b in seiner ersten Position ist. Wie in dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel kann die Hochdruckströmungsmittelquelle eine Common-Rail bzw. gemeinsame Druckleitung sein oder kann ein nockenbetriebener Druck- bzw. Kompressionsmechanismus sein, wie er in der Technik bekannt ist. In einer zweiten Position wird das erste Ventilglied 130a an einem anderen Sitz 131a sein, an dem es eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem ersten Durchlass 118 und dem dritten Durchlass 133 blockieren kann, jedoch einen Strömungsmittelfluss zwischen dem ersten Durchlass 118 und dem Zwischendurchlass 117 gestatten kann. Somit arbeitet das Einspritzstartventil 120a ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel der 1 dahingehend, dass es eine Strömungsmittelverbindung zwischen zwei Durchlässen öffnen wird, wobei ein Strömungsmitteldruck zum Einlassventil 140 zur Einleitung einer Einspritzung gesteuert wird, wie hier beschrieben. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 110 weicht von der Einspritzvorrichtung 10 der 1 unter anderem dahingehend ab, dass das Einlassventil 140 nicht direkt gesteuert wird.
Das Einspritzbeendigungsventil 120b ist bezüglich der Konstruktion ähnlich dem Einspritzstartventil 120a. Das Einspritzbeendigungsventil 120b kann eine zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 120b aufweisen, die einen Elektromagneten 124b, einen Anker 126b und eine Vorspannfeder 125b aufweist. Ein zweites Ventilglied 130b ist angekoppelt, um sich mit dem Anker 126b zu bewegen und kann zwischen einem Anschlag 131b und einem Sitz 132b bewegbar sein. Die Vorspannfeder 125b wird typischerweise den Anker 126b und das zweite Ventilglied 130b zu einer ersten Position vorspannen, wie in 2 gezeigt, in der das zweite Ventilglied 130b benachbart zum Sitz 132b ist und eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem zweiten Durchlass 119 und dem ersten Durchlass 118 blockiert.
Ein Düsendurchlass 141 verbindet strömungsmittelmäßig den Zwischendurchlass 117 mit einer Düsenkammer 150. Das Einlassventil 140 kann ein Einlassventilglied, beispielsweise ein Nadelventilglied 142, aufweisen, welches in dem Gehäuse 111 angeordnet ist, und hydraulische Öffnungsflächen 143 hat. Das Nadelventilglied 142 kann bewegbar sein, um abwechselnd die Düsenkammer 150 zu blockieren oder diese zu öffnen, um eine Brennstoffeinspritzung in einen assoziierten (nicht gezeigten) Motorzylinder zu gestatten. Eine Vorspannfeder 145 wird typischerweise vorgesehen sein, um das Nadelventilglied 142 zu einer geschlossenen Position hin vorzuspannen.
Zwischen Einspritzereignissen wird der Düsendurchlass 141 typischerweise von einer Strömungsmittelverbindung mit irgendeinem der Durchlässe 118 oder 119 abgeblockt sein. Auf die Aktivierung der ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 120a hin, wird das erste Ventilglied 130a typischerweise zu seiner zweiten Position bewegt werden, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Düsendurchlass 141 und dem ersten Durchlass 118 einzurichten. Unter Druck gesetztes Strömungsmittel kann dann über den Durchlass 118 zur Düsenkammer 150 fließen, wobei es das Nadelventilglied 142 zu einer offenen Position hin drückt, um zu gestatten, dass Brennstoff von der Kammer 150 eingespritzt wird. Die Aktivierung der zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung 120b wird typischerweise das zweite Ventilglied 130b zu seiner zweiten Position hin bewegen, wobei die Strömungsmittelverbindung zwischen dem Düsendurchlass 141 und dem Ablauf 116 über den Zwischendurchlass 117 geöffnet wird. Wenn der Düsendurchlass 141 strömungsmittelmäßig mit dem Ablauf 116 verbunden ist, wird der Druck in der Düsenkammer 150 abfallen, und die Vorspannfeder 145 wird das Nadelventilglied 142 zu einer geschlossenen Position hin drücken, um die Brennstoffeinspritzung zu beenden.
Mit Bezug auf 3 ist dort eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 210 und eine Steuerventilanordnung 212 gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 210 weist mindestens ein Gehäuse 211 auf und ist mit einer Quelle 214 für unter Druck gesetzten Brennstoff verbunden. Die Steuerventilanordnung 212 ist betreibbar, um selektiv einen ersten Durchlass 218 mit einem zweiten Durchlass 219 zu verbinden. Der zweite Durchlass 219 ist wiederum strömungsmittelmäßig mit einer Düsenkammer 250 verbunden. Ein Einlassventil 240 ist betreibbar, um die Düsenkammer 250 zu öffnen oder zu schließen.
Die Steuerventilanordnung 212 weist ein Einspritzstartventil 220a und ein Einspritzbeendigungsventil 220b auf. Das Einspritzstartventil 220a wird typischerweise betreibbar sein, um selektiv den ersten Durchlass 218 mit dem zweiten Durchlass 219 zu verbinden. Wenn das Einspritzstartventil 220a betätigt wird, um die Strömungsmittelverbindungen zu öffnen, wird Hochdruckbrennstoff von der Quelle 214 über den Durchlass 219 zur Düsenkammer 250 geliefert, was den Druck darin ausreichend anhebt, um das Einlassventil 240 von einer aufgesetzten Position durch einen Druck auf die hydraulischen Öffnungsflächen 243 anzuheben. Die Betätigung des Einspritzbeendigungsventils 220b wird im Gegensatz dazu die Strömungsmittelverbindung zwischen dem ersten Durchlass 218 und dem zweiten Durchlass 219 blockieren, was die Einspritzung durch Blockierung der Strömungsmittelverbindung zwischen der Hochdruckbrennstoffquelle 214 und der Düsenkammer 250 beendet und gestattet, dass die Vorspannmittel 245 das Einlassventil 240 zu einer aufgesetzten Position hin zurückbringen.
Industrielle Anwendbarkeit
Mit Bezug auf 1 sind die Komponenten der Brennstoffeinspritzvorrichtung 10 in den Positionen gezeigt, die sie typischerweise gerade vor einer Einleitung eines Einspritzereignisses einnehmen würden. Die ersten und zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtungen 20a und 20b sind entregt, die Vorspannfedern 25a und 25b spannen die Anker 26a bzw. 26b weg von den Elektromagneten 24a und 24b vor. Das erste Ventilglied 30a ist in seiner ersten Position, die gegen den Sitz 32a vorgespannt ist und eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem ersten Durchlass 18 und dem zweiten Durchlass 19 blockiert. Das zweite Ventilglied 30b ist in seiner zweiten Position, die gegen den Sitz/Anschlag 32b vorgespannt ist und eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Zwischendurchlass 17 und dem zweiten Durchlass 19 gestattet. In einem Ausführungsbeispiel, welches den dritten Durchlass 15 einsetzt, wird das zweite Ventilglied 30b die Strömungsmittelverbindung zwischen dem dritten Durchlass 15 und den Durchlässen 17 und 19 an seiner zweiten Position blockieren. Hochdruckbrennstoff von der Hochdruckströmungsmittelquelle 14 läuft in die Kammer 44, wobei es das Nadelventilglied 42 zu einer geschlossenen Position hin vorspannt, in der die Düsenkammer 50 blockiert ist. Hochdruckbrennstoff von der Hochdruckströmungsmittelquelle 14 läuft auch in die Düsenkammer 50 vom Düsendurchlass 41 weg. Die Druckfläche 45 wird typischerweise größer als die hydraulischen Öffnungsflächen 43 des Nadelventilgliedes 42 sein, und entsprechend wird die Hydraulikkraft darauf von dem unter Druck gesetzten Strömungsmittel in der Kammer 44 ausreichend sein, um das Nadelventilglied 42 aufgesetzt zu halten und Brennstoff dagegen abzublocken, aus der Kammer 50 herauszulaufen.
Gerade vor dem erwünschten Zeitpunkt der Einleitung eines Brennstoffeinspritzereignisses kann ein erstes Steuersignal von einem ersten Elektromagnettreiber einer elektronischen Steuervorrichtung zu der ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 20a gesendet werden. Der elektrische Strom im Elektromagneten 24a wird ein Magnetfeld erzeugen, welches den Anker 26a zum Elektromagneten 24a zieht und das erste Ventilglied 30a zu seiner zweiten Position weg vom Sitz 32a und zum Anschlag 31a hin bewegt. Das Öffnen der Strömungsmittelverbindung zwischen dem ersten Durchlass 18 und dem zweiten Durchlass 19 wird gestatten, dass der Druck in der Kammer 44 abfällt. Hochdruckbrennstoff wird weiter zur Düsenkammer 41 geliefert, und wenn der Druck in der Kammer 44 ausreichend abgefallen ist, wird das Nadelventilglied 42 sich von seiner aufgesetzten Position weg bewegen, um zu gestatten, dass Brennstoff in den assoziierten Motorzylinder eingespritzt wird.
Vor dem Zeitpunkt, zu dem die Beendigung des Brennstoffeinspritzereignisses erwünscht ist, kann ein zweites Steuersignal von einem zweiten Elektromagnettreiber der elektronischen Steuervorrichtung zu der zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung 22b gesendet werden. Das zweite Steuersignal wird typischerweise ausgesendet werden, bevor das erste Ventilglied 30a zu seiner deaktivierten Position mit der Vorspannfeder 25a zurückgebracht wird. Die Aktivierung der zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung 22b wird bewirken, dass das zweite Ventilglied 30b sich zu seiner ersten Position hin gegen den Sitz 31b bewegt, wobei die Strömungsmittelverbindung zwischen dem ersten Durchlass 18 und dem zweiten Durchlass 19 blockiert wird. Kurz nachdem die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 22b aktiviert wurde, kann der Druck in der Kammer 44 ausreichend ansteigen, sodass das Nadelventilglied 42 die Düsenkammer 50 blockieren wird und das Brennstoffeinspritzereignis beenden wird.
Die Länge von gewissen Brennstoffeinspritzereignissen kann von so kurzer Dauer sein, dass das zweite Steuersignal vom zweiten Elektromagnettreiber zur zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung teilweise mit dem ersten Steuersignal vom ersten Elektromagnettreiber zur ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung überlappen kann. Die Dauer eines Einspritzereignisses kann durch Variieren der Größe der zeitlichen Überlappung in den jeweiligen Steuersignalen eingestellt werden, die zu den ersten und zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtungen 22a bzw. 22b gesendet werden. Allgemein gesagt, wird ein zunehmendes Ausmaß an Überlappung der Steuersignale mit einem kürzeren Einspritzereignis und mit einer kürzeren Einspritzmenge in Beziehung stehen. Der Fachmann wird erkennen, dass verschiedene Faktoren Einfluss auf das Ausmaß der Signalüberlappung haben können, die erforderlich ist, um ein Brennstoffeinspritzereignis mit einer speziellen Dauer oder einer speziellen Menge zu erzeugen. Wenn beispielsweise die Laufdistanz der jeweiligen Ventilglieder 30a und 30b relativ groß ist, kann ein vergleichsweise größeres Ausmaß an Steuersignalüberlappung erforderlich sein, um eine gegebene Brennstoffmenge einzuspritzen, während bei vergleichsweise kleineren Laufdistanzen, ein geringeres Ausmaß an Steuersignalüberlappung erforderlich sein kann, um die gleiche Brennstoffmenge einzuspritzen.
Wiederum mit Bezug auf 2 sind die Brennstoffeinspritzvorrichtung 110 und die Steuerventilanordnung 112 gezeigt, wie sie gerade vor der Einleitung eines Einspritzereignisses erscheinen würden. Die Strömungsmittelverbindung zwischen dem ersten Durchlass 118 und dem zweiten Durchlass 119 ist blockiert. Unter Druck gesetzter Brennstoff von der Hochdruckversorgung 114 läuft kontinuierlich zum Ablauf 116 ab. Die Vorspannfeder 145 drückt das Nadelventilglied 142 zu einer aufgesetzten Position, in der es die Düsenkammer 150 blockiert. Wenn die Einleitung eines Einspritzereignisses erwünscht ist, wird ein Steuersignal zu der ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 120a gesendet, um das erste Ventilglied 130a zu einer zweiten Position hin zu bewegen, was die Strömungsmittelverbindung zwischen dem Durchlass 118 und dem Düsendurchlass 141 öffnet. Unter Druck gesetzter Brennstoff vom Durchlass 141 wird auf die hydraulischen Öffnungsflächen des Nadelventilgliedes 142 auftreffen, wobei es die Vorspannkraft der Feder 145 überwindet, um das Nadelventilglied 142 weg von seiner aufgesetzten Position zu drücken und die Düsenkammer 150 zu öffnen, was eine Einspritzung von Brennstoff gestattet.
Zu einem geeigneten Zeitpunkt wird ein Steuersignal zu der zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung 20b gesendet, um diese zu erregen und das zweite Ventilglied 130b weg vom Sitz 132b zu bewegen, was eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Düsendurchlass 141 und dem Ablauf 116 über die Durchlässe 117 und 118 einrichtet. Kurz nachdem die Strömungsmittelverbindung zwischen dem Düsendurchlass 141 und dem Ablauf 116 eingerichtet ist, wird der hydraulische Druck in der Düsenkammer 150 abfallen und die Vorspannfeder 145 wird das Nadelventilglied 142 zu einer aufgesetzten Position zurückbringen, was die Einspritzung beendet. Ähnliche Betrachtungen, wie jene, die bezüglich des Ausführungsbeispiels der 1 beschrieben wurden, werden die Zeitsteuerung und die Einstellung oder die Überlappung der jeweiligen Steuersignale vorgeben, die zu den elektrischen Betätigungsvorrichtungen 120a und 120b gesendet werden.
Wiederum mit Bezug auf 3 sind die Komponenten der Brennstoffeinspritzvorrichtung 210 und der Steuerventilanordnung 212 in Positionen gezeigt, die sie gerade vor der Einleitung eines Einspritzereignisses einnehmen können. Ähnlich wie die Ausführungsbeispiele der 1 und 2 wird ein Steuersignal zu der elektrischen Betätigungsvorrichtung des Einspritzstartventils 220a gesendet werden, um die Strömungsmittelverbindung zwischen den Durchlässen 218 und 219 zu öffnen, was eine Einspritzung einleitet. Ein zweites Steuersignal wird zu der elektrischen Betätigungsvorrichtung des Einspritzbeendigungsventils 220b gesendet werden, um die Einspritzung zu beenden. Eine Variation der zeitlichen Überlappung der Steuersignale kann verwendet werden, um die Dauer des Brennstoffeinspritzereignisses zu variieren.
Mit Bezug auf 4 ist dort eine Kurvendarstellung gezeigt, die einen beispielhaften Betrieb einer Doppel-Steuerventilanordnung Q gemäß der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu einer herkömmlichen Einzel-Steuerventilanordnung R veranschaulicht. Die Y-Achse stellt prozentual die Lieferung der Einspritzvorrichtung dar, während die X-Achse prozentual die Einspritzvorrichtung-AN-Zeit darstellt. P₁ stellt einen Nullpunkt für die Achsen X und Y dar. P₂ stellt einen geeigneten Punkt dar, auf dem die prozentuale Einspritzvorrichtungslieferung und die prozentuale AN-Zeit für die Doppel-Steuerventilanordnung Q und die Einzel-Steuerventilanordnung R ungefähr gleich sind. Es wird in Betracht gezogen, dass P₄ auf ungefähr 90% der Einspritzvorrichtungslieferung liegen wird, was ungefähr 90% AN-Zeitleistung ergibt.
Wie veranschaulicht, liefert die Anordnung Q eine relativ konstante lineare Beziehung zwischen der Einspritzvorrichtung-AN-Zeit und der prozentualen Einspritzvorrichtungslieferung. Im Gegnsatz dazu weist die Anordnung R einen nicht linearen Teil auf, teilweise zum unteren Ende des Bereiches hin. Das nicht lineare Verhalten von R bei vergleichsweise kleineren Einspritzmengen kann es schwierig machen, den Betrieb vorherzusagen. Relativ kleine Einstellungen der Einspritzmenge können auch einen beträchtlichen Effekt auf den Prozentsatz haben, auf dem die Einspritzvorrichtung-AN-Zeit ist. Im Gegensatz dazu ist eine Konstruktion mit Doppel-Steuerventilen Q linear und vorhersagbar. Wenn Einstellungen der Einspritzmenge erwünscht sind, wird darüber hinaus die daraus resultierende Veränderung der prozentualen Einspritzvorrichtung-AN-Zeit typischerweise nicht so groß sein wie bei R. Der Fachmann wird weiter erkennen, dass Q kleinere Einspritzmengenlieferungen verfügbar machen wird als R, wie in 4 veranschaulicht. Die Verfügbarkeit von kleineren Einspritzmengen kann es Ingenieuren gestatten, weiter Brennstoffeinspritzstrategien zu verfeinern, insbesondere bezüglich kleiner Vor- und Nacheinspritzungen.
Die vorliegende Offenbarung sieht somit eine präzisere Steuerung und kleinere Brennstoffeinspritzmengen vor als viele frühere Konstruktionen. Ein solcher Betrieb setzt auch Elektromagnettechnologien ein, die kostengünstiger als andere exotischere Technologien sind, wie beispielsweise piezoelektrische Betätigungsvorrichtungen. Durch Überlappen der Steuersignale von jeweiligen Elektromagnettreibern, wie hier beschrieben, kann die Zeitdauer, während der Druckveränderungen in einer Nadelsteuerkammer ausreichen, um eine Brennstoffeinspritzung zu gestatten, theoretisch so klein sein, wie es der Konstrukteur haben möchte. Betätigungsverzögerungen, die mit der Erzeugung und dem Abklingen von Elektromagnetfeldern in Beziehung stehen, und die erforderliche Zeit, um die Ventile über eine Laufdistanz zu bewegen, egal wie klein, werden ebenfalls ausgelöscht, ein übliches Problem bei vielen früheren Einzel-Ventilkonstruktionen.
Die Einstellung der Einspritzmenge ist möglich durch Einstellung des Ausmaßes der zeitlichen Steuersignalüberlappung, und zwar bei allen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen. Zusätzlich gestattet das Überlappen der Steuersignale enger gekoppelte Einspritzungen als bei vielen früheren Konstruktionen. Beispielsweise kann die Betätigung des Einspritzbeendigungsventils 20b des Ausführungsbeispiels der 1 vor dem Zurücksetzen des Einspritzstartventils 20a angewiesen werden. Genauso kann eine zweite Betätigung des Einspritzstartventils 20a angewiesen werden, bevor das Einspritzbeendigungsventil 20b beendet wird, und zwar durch überlappende Steuersignale. Daher kann die Einleitung eines zweiten Einspritzereignisses zu einer relativen kurzen Zeitperiode nach der Beendigung eines ersten Einspritzereignisses stattfinden.
Die vorliegende Beschreibung ist nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen und sollte nicht so angesehen werden, dass die den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränkt. Somit wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen an den gegenwärtig offenbarten Ausführungsbeispielen vorgenommen werden könnten, ohne vom beabsichtigten Kern und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. In anderen in Betracht gezogenen Ausführungsbeispielen könnte beispielsweise die Hochdruckströmungsmittelquelle 14 eine variable Druckeinspeisung sein, sodass variable Einspritzdrücke und entsprechende Einspritzmengen verfügbar sind. In noch weiteren in Betracht gezogenen Ausführungsbeispielen könnten Kolbenventile für eines oder beide der beschriebenen Ventilglieder 30a und 30b eingesetzt werden. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden bei einer Untersuchung der beigefügten Zeichnungsfiguren und der angehängten Ansprüche offensichtlich werden.
Zusammenfassung
Steuerventilanordnung und Brennstoffeinspritzvorrichtung die diese verwendet
Die vorliegende Offenbarung sieht eine Steuerventilanordnung mit mindestens einem Gehäuse mit einem ersten und einem zweiten Durchlass vor. Erste und zweite Ventilglieder sind zumindest teilweise in dem Gehäuse angeordnet und sind in Reihe angeordnet. Die ersten und zweiten Ventilglieder sind bewegbar zwischen einer ersten Position, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen den ersten und zweiten Durchlässen zu schließen, und einer zweiten Position, um die Strömungsmittelverbindung dazwischen zu öffnen. Die vorliegende Offenbarung sieht weiter eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem elektronisch gesteuerten Einspritzstartventil und einem elektronisch gesteuerten Einspritzbeendigungsventil in Reihe mit dem Einspritzstartventil vor. Ein Verfahren wird vorgesehen, um einen Strömungsmittelfluss in einen Strömungsmitteldurchlass einer Steuerventilanordnung zu steuern. Das Verfahren weist auf, eine Veränderung der Position eines ersten elektrisch betätigten Ventilgliedes anzuweisen und eine Veränderung der Position eines zweiten elektrisch betätigten Ventilgliedes anzuweisen, bevor das erste elektrisch betätigte Ventilglied zurückgestellt wird.

Claims

Steuerventilanordnung (12, 112, 212), die Folgendes aufweist: mindestens ein Gehäuse (11, 111, 211), welches einen ersten Durchlass (18, 118, 218) und einen zweiten Durchlass (19, 119, 219) aufweist; ein erstes Ventilglied (30a, 130a), welches mit einer ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung (22a, 122a) gekoppelt ist und zumindest teilweise in dem mindestens einen Gehäuse (11, 111, 211) angeordnet ist, wobei das erste Ventilglied (30a, 130a) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist, um die Strömungsmittelverbindungen zwischen dem ersten Durchlass (18, 118, 218) und dem zweiten Durchlass (19, 119, 219) zu schließen bzw. zu öffnen; und ein zweites Ventilglied (30b, 130b), welches mit einer zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung (22b, 122b) gekoppelt ist und zumindest teilweise in dem mindestens einen Gehäuse (11, 111, 211) angeordnet ist, und in Reihe mit dem ersten Ventilglied (30a, 130a) ist, wobei das zweite Ventilglied (30b, 130b) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist, um die Strömungsmittelverbindung zwischen dem ersten Durchlass (18, 118, 218) und dem zweiten Durchlass (19, 119, 219) zu schließen bzw. zu öffnen.
Steuerventilanordnung (12, 112, 212) nach Anspruch 1, wobei die erste elektrische Betätigungsvorrichtung (22a, 122a) einen Elektromagneten (24a, 124a) und einen Anker (26a, 126a) aufweist, der angeschlossen ist, um sich mit dem ersten Ventilglied (30a, 130a) zu bewegen; und wobei die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung (22b, 122b) einen Elektromagneten (24b, 124b) und einen Anker (26b, 126b) aufweist, der gekoppelt ist, um sich mit dem zweiten Ventilglied (30b, 130b) zu bewegen.
Steuerventilanordnung (12, 112, 212) nach Anspruch 2, wobei das mindestens eine Gehäuse (11, 111, 211) einen dritten Durchlass (15) aufweist; und wobei das zweite Ventilglied (30b, 130b) bewegbar zwischen zwei Sitzen(31b, 32b) des zweiten Ventilgliedes (30b, 130b) eingeschlossen ist, wobei es eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem dritten Durchlass (15) und dem zweiten Durchlass blockiert, wenn es benachbart zu einem der erwähnten Sitze ist.
Steuerventilanordnung (12, 112, 212) nach Anspruch 2, welche weiter Folgendes aufweist: erste Vorspannmittel (25a, 125a), die das erste Ventilglied (30a, 130a) zu seiner ersten Position hin vorspannen; zweite Vorspannmittel (25b, 125b), die das zweite Ventilglied (30b, 130b) zu seiner zweiten Position hin vorspannen; ein elektrisches System, welches einen ersten Elektromagnettreiber aufweist, der betreibbar ist, um die erste elektrische Betätigungsvorrichtung (22a, 122a) zu erregen und einen zweiten Elektromagnettreiber, der unabhängig vom ersten Elektromagnettreiber betreibbar ist, um die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung (22b, 122b) zu erregen; und ein hydraulisch hin und her bewegbares Glied (42, 142), welches zumindest teilweise in dem mindestens einen Gehäuse (11, 111, 211) angeordnet ist und eine Steuerfläche (45) aufweist, die einem Strömungsmitteldruck in dem ersten Strömungsmitteldurchlass (18, 118, 218) oder dem zweiten Strömungsmitteldurchlass (19, 119, 219) ausgesetzt ist.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (10, 110, 210), die Folgendes aufweist: ein elektronisch gesteuertes Einspritzstartventil (20a, 120a, 220a), welches zwischen ersten und zweiten Positionen bewegbar ist; und ein elektronisch gesteuertes Einspritzbeendigungsventil (20b, 120b, 220b), welches in Reihe mit dem Einspritzstartventil (20a, 120a, 220a) angeordnet ist und zwischen ersten und zweiten Positionen bewegbar ist.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (10, 110, 210) nach Anspruch 5, die weiter Folgendes aufweist: eine erste elektrische Betätigungsvorrichtung (22a, 122a), die einen Elektromagneten (24a, 124a) und einen Anker (26a, 126a) aufweist und betriebsmäßig mit dem Einspritzstartventil (20a, 120a, 220a) gekoppelt ist; eine zweite elektrische Betätigungsvorrichtung (22b, 122b), die einen Elektromagneten (24b, 124b) und einen Anker (26b, 126b) aufweist und betriebsmäßig mit dem Einspritzbeendigungsventil (20b, 120b, 220b) gekoppelt ist; einen ersten Strömungsmitteldurchlass (18, 118, 218) und einen zweiten Strömungsmitteldurchlass (19, 119, 219), wobei das Einspritzstartventil (20a, 120a, 220a) und das Einspritzbeendigungsventil (20b, 120b, 220b) betreibbar sind, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem ersten Strömungsmitteldurchlass (18, 118, 218) und dem zweiten Strömungsmitteldurchlass (19, 119, 219) zu öffnen bzw. zu schließen; und ein Einlassventilglied (40, 140, 240), welches eine Steuerfläche (45) hat, die einen Strömungsmitteldruck in dem ersten Durchlass (18, 118, 218) oder dem zweiten Durchlass (19, 119, 219) ausgesetzt ist, wobei das das Einlassventilglied (40, 140, 240) bewegbar ist, um einen Brennstoffauslass der Brennstoffeinspritzvorrichtung (10, 110, 210) selektiv zu öffnen oder zu schließen.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (10, 110, 210) nach Anspruch 6, wobei das Einspritzstartventil (20a, 120a, 220a) ein erstes Ventilglied (30a, 130a) aufweist, welches bewegbar zwischen einem ersten Sitz (32a, 132a) und einem Anschlag (31a, 131a) eingeschlossen ist; und wobei das Einspritzbeendigungsventil (20b, 120b, 220b) ein zweites Ventilglied (30b, 130b) aufweist, welches bewegbar zwischen einem zweiten Sitz (31b, 131b) und einem dritten Sitz (32b, 132b) oder einem Anschlag (32b, 132b) eingeschlossen ist; wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung (10, 110, 210) erste Vorspannmittel (25a, 125a) aufweist, die das erste Ventilglied (30a, 130a) gegen den ersten Sitz (32a, 132a) vorspannen; und wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung (10, 110, 210) zweite Vorspannmittel (25b, 125b) aufweist, die das zweite Ventilglied (30b, 130b) weg von dem zweiten Sitz (31b, 131b) vorspannen:
Verfahren zur Steuerung eines Strömungsmittelflusse in einem Strömungsmitteldurchlass einer Steuerventilanordnung (12, 112, 212), welches folgende Schritte aufweist: Anweisen einer Positionsveränderung eines ersten elektrisch betätigten Ventils (20a, 120a, 220a), um ein erstes Ventilglied (30a, 130a), welches zumindest teilweise in dem Strömungsmitteldurchlass angeordnet ist, von einer ersten Position zu einer zweiten Position zu bewegen; und Anweisen einer Positionsveränderung eines zweiten elektrisch betätigten Ventils (20b, 120b, 220b) vor dem Zurückstellen des ersten Ventilgliedes (30a, 130a) zu seiner ersten Position, um das zweite Ventilglied (30b, 130b), welches in Reihe mit dem ersten Ventilglied (30a, 130a) angeordnet ist, von einer ersten Position zu einer zweiten Position zu beweben.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Anweisens einer Positionsveränderung des ersten elektrisch betätigten Ventils (20a, 120a, 220a) aufweist, ein erstes Steuersignal zu einer ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung (22a, 122a) des ersten elektrisch betätigten Ventils (20a, 120a, 220a) zu senden; und wobei der Schritt des Anweisens einer Positionsveränderung des zweiten elektrisch betätigten Ventils (20b, 120b, 220b) aufweist, ein zweites Steuersignal, welches mit dem ersten Steuersignal überlappt, zu einer zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung (22b, 122b) des zweiten elektrisch betätigten Ventils (20b, 120b, 220b) zu senden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Strömungsmitteldurchlass eine Nadelsteuerkammer (44) einer Brennstoffeinspritzvorrichtung (10, 110, 210) und eine Düsenkammer (50, 150, 250) aufweist; wobei der erste Anweisungsschritt aufweist, den Druck auf einer hydraulischen Verschlussfläche (45) abzulassen, die in der Nadelsteuerkammer (44) freiliegt, und den Druck auf einer hydraulischen Öffnungsfläche (43, 143, 243) anzuheben, die dem Druck in der Düsenkammer (50, 150, 250) ausgesetzt ist; und wobei der zweite Anweisungsschritt aufweist, den Druck auf der hydraulischen Verschlussfläche (45) zu steigern und den Druck in der Düsenkammer (50, 150, 250) abzusenken.