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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung ist auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
gerichtet, und insbesondere auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
mit einer Flussbegrenzungsvorrichtung.
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Hintergrund
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Common-Rail-Brennstoffsysteme
setzen mehrere Brennstoffeinspritzvorrichtungen ein, um Hochdruckbrennstoff
in die Brennkammern eines Motors einzuspritzen. Jede dieser Brennstoffeinspritzvorrichtungen
kann eine Düsenanordnung aufweisen, die eine zylindrische
Bohrung mit einem Düsenversorgungsdurchlassweg und einen
Düsenauslass hat. Ein Nadelrückschlagventil kann
in hin und her bewegbarer Weise innerhalb der zylindrischen Bohrung
angeordnet sein und zu einer geschlossenen Position hin vorgespannt
sein, wo der Düsenauslass blockiert ist. Ansprechend auf
eine beliebige Einspritzanforderung kann das Nadelrückschlagventil selektiv
bewegt werden, um den Düsenauslass zu öffnen,
wodurch gestattet wird, dass Hochdruckbrennstoff aus dem Düsenversorgungsdurchlassweg in
die Brennkammer fließt.
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Für
eine Emissionsverringerung und gesteigerte Motorleistung ist es
erwünscht, dass Brennstoffvolumen zu verringern, welches
während einer anfänglichen Stufe eines Brennstoffeinspritzereignisses
zu einer Brennkammer geliefert wird. Ein Weg, um eine genaue Lieferung
mit kleinem Volumen sicherzustellen, ist, den Rückschlagelementsitzdurchmesser
des Rückschlagventils zu verringern. Wenn jedoch die Größe
des Rückschlagelementsitzdurchmessers verringert wird,
muss auch die Aufschlaglast auf dem Rückschlagelementsitz
verringert werden, um eine Integrität bzw. Unversehrtheit
der Einspritzvorrichtung aufrecht zu erhalten. Eine solche Verringerung
kann erreicht werden, indem die Größe der Vorspannfeder
verringert wird, weil die Vorspannfeder einen beträchtlichen
Beitrag zur Aufschlag last auf dem Rückschlagelementsitz
bringt. Es ist jedoch herausgefunden worden, dass das Verringern
der Größe der Vorspannfeder erfordert, dass eine
zusätzliche Kraft das Nadelrückschlagventil schließt.
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Ein
Beispiel einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, die eine Vorrichtung
aufweist, welche eine zusätzliche Kraft zum Schließen
des Nadelrückschlagventils vorsieht, ist im
US-Patent 7 188 788 (dem '788-Patent)
zu finden, welches am 13. März 2007 an Augustin erteilt
wurde. Das '788-Patent offenbart eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
mit einem Nadelrückschlagventil, welches zu einer geschlossenen Position
durch eine Vorspannfeder vorgespannt ist. Eine Hülse ist über
einem Teil des Nadelventils angeordnet, wodurch ein Zumessansatz
erzeugt wird, der effektiv den Durchmesser des Nadelrückschlagventils
an dieser Stelle vergrößert. Der Zumessansatz überlappt
selektiv eine Zumesskante einer Zumessbohrung, um einen Brennstoffflussdurchlass
zu definieren. Während eines Brennstoffeinspritzereignisses
wird gestattet, dass Brennstoff zum Nadelrückschlagventil
fließt, wobei genügend Druck erzeugt wird, um
der Kraft der Vorspannfeder entgegenzuwirken. Dies gestattet, dass
das Nadelrückschlagventil sich zu einer offenen Position
bewegt. Wenn das Nadelrückschlagventil sich zur offenen
Position hin bewegt, bewegt sich der Zumessansatz weg von der Zumesskante
und der Brennstoffflussdurchlass wird vergrößert.
Der vergrößerte Brennstoffflussdurchlass gestattet,
dass Brennstoff frei von einer Oberseite des Zumessansatzes zu einer
Unterseite des Zumessansatzes fließt und schließlich
durch einen Auslass der Brennstoffeinspritzvorrichtungsanordnung. Wenn
es erwünscht ist, die Brennstoffeinspritzung zu beenden,
wird verhindert, dass Brennstoff zum Nadelrückschlagventil
fließt, wodurch der Brennstoffdruck verringert wird, welcher
gegen die Kraft der Vorspannfeder wirkt. Dies gestattet, dass die
Vorspannfeder das Nadelrückschlagventil zu einer geschlossenen
Position hin bewegt und verringert die Größe des
Brennstoffflussdurchlasses durch Bewegung des Zumessansatzes zur
Zumesskante hin. Wenn die Größe des Brennstoffflussdurchlasses
verringert wird, wird der Brennstofffluss von der Oberseite des
Zumessansatzes zur Unterseite des Zumessansatzes eingeschränkt.
Dieser eingeschränkte Fluss erzeugt einen größeren
Druck über der Oberseite des Zumessansatzes als unter der
Unterseite des Zumessansatzes, wodurch eine Kraft erzeugt wird,
die der Vorspannfeder da bei hilft, das Nadelrückschlagventil
zu schließen. Obwohl das '788-Patent eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
offenbart, die eine Vorrichtung hat, welche eine zusätzliche
Kraft zum Schließen des Nadelrückschlagventils
liefert, kann die Brennstoffeinspritzvorrichtungskonstruktion nicht
in adäquater Weise die Größe der zusätzlichen Kraft
steuern. Insbesondere variiert die Größe des Brennstoffflussdurchlasses
während der Verschluss- und Öffnungsereignisse.
Zusätzlich kann die Konstruktion der Brennstoffeinspritzvorrichtung
gestatten, dass sich das Nadelrückschlagventil seitlich
bewegt, was weiter die Größe des Brennstoffflussdurchlasses
variiert. Die variable Größe des Brennstoffflussdurchlasses
kann unvorhersagbare Druckdifferenzen zwischen dem Brennstoff über
der Oberseite des Zumessansatzes und dem Brennstoff unter der Unterseite
des Zumessansatzes erzeugen. Solche unvorhersagbaren Druckdifferenzen
können schließlich zu Versagensfällen
im Betrieb führen, wenn sich das Nadelrückschlagventil
aufgrund übermäßiger oder unzureichender
zusätzlicher Kräfte schließt.
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Das
offenbarte System ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben
dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt ist die Offenbarung auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
gerichtet, die ein Nadelventilelement und ein Düsenglied
aufweist, welches eine mittige Bohrung hat, die konfiguriert ist, um
verschiebbar das Nadelventilelement aufzunehmen. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung
weist auch eine Feder auf, die konfiguriert ist, um das Nadelventilelement
zu einer geschlossenen Position hin vorzuspannen. Zusätzlich
weist die Brennstoffeinspritzvorrichtung ein Führungselement
auf, welches konfiguriert ist, um eine seitliche Bewegung des Nadelventilelementes
zu verringern. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung weist weiter eine
Strömungsmittelflussbegrenzungsvorrichtung auf, die konfiguriert
ist, um den Fluss eines Strömungsmittels durch das Nadelventilelement
einzuschränken und eine Strömungsmitteldruckdifferenz
zwischen dem Strömungsmittel stromaufwärts und
stromabwärts der Strömungsmittelflussbegrenzungsvorrichtung
zu erzeugen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zum Betrieb einer
Brennstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen. Das Verfahren weist auf,
ein Strömungsmittel durch eine mittige Bohrung eines Brennstoffeinspritzvorrichtungsnadelventilelementes
zu leiten. Das Verfahren weist auch auf, den Fluss des Strömungsmittels
durch die mittige Bohrung zu begrenzen, in dem das Strömungsmittel
durch mindestens einen ringförmigen Kanal mit einem festen
Volumen geleitet wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische und diagrammartige Veranschaulichung eines beispielhaften
offenbarten Brennstoffsystems;
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2 ist
eine Querschnittsdarstellung einer beispielhaften offenbarten Brennstoffeinspritzvorrichtung
für das Brennstoffsystem der 1;
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3A ist
eine Querschnittsdarstellung einer beispielhaften Nadelventilführung
der offenbarten Brennstoffeinspritzvorrichtung der 2;
und
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3B ist
eine Querschnittsdarstellung einer beispielhaften Flussbegrenzungsvorrichtung
der offenbarten Brennstoffeinspritzvorrichtung der 2.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht
eine Maschine 5 mit einem Motor 10 und einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel eines Brennstoffsystems 12.
Die Maschine 5 kann eine feste oder mobile Maschine sein, die
eine gewisse Art eines Betriebs ausführt, der mit einem
Industriezweig assoziiert ist, wie beispielsweise mit Bergbau, Bau,
Ackerbau, Leistungserzeugung, Transport oder irgendeinem anderen
in der Technik bekannten Industriezweig. Beispielsweise kann die
Maschine 5 eine Erdbewegungsmaschine, ein Generatorsatz,
eine Pumpe oder irgendeine andere einen geeigneten Betrieb ausführende
Maschine verkörpern.
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Für
die Zwecke dieser Offenbarung ist der Motor 10 als ein
Vier-Takt-Dieselmotor abgebildet und beschrieben. Der Fachmann wird
jedoch erkennen, dass der Motor 10 irgendeine andere Art
eines Verbrennungsmotors sein kann, wie beispielsweise ein mit Benzin
oder mit gasförmigem Brennstoff angetriebener Motor. Der
Motor 10 kann einen Motorblock 14 aufweisen, der
zumindest teilweise eine Vielzahl von Zylindern 16, einen
Kolben 18, der verschiebbar innerhalb jedes Zylinders 16 angeordnet ist,
und einen Zylinderkopf 20 definiert, der mit jedem Zylinder 16 assoziiert
ist.
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Der
Zylinder 16, der Kolben 18 und der Zylinderkopf 20 können
eine Brennkammer 22 bilden. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
weist der Motor 10 sechs Brennkammern 22 auf.
Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Motor 10 eine größere
oder geringere Anzahl von Brennkammern 22 aufweist, und
dass die Brennkammern 22 in einer ”Reihenkonfiguration”,
in einer ”V-Konfiguration” oder in irgendeiner
anderen geeigneten Konfiguration angeordnet sein können.
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Wie
auch in 1 gezeigt, kann der Motor 10 eine
Kurbelwelle 24 aufweisen, die drehbar innerhalb des Motorblocks 14 angeordnet
ist. Eine Verbindungsstange bzw. Pleuelstange 26 kann jeden
Kolben 18 mit der Kurbelwelle 24 verbinden, so
dass eine Gleitbewegung des Kolbens 18 innerhalb jedes jeweiligen
Zylinders 16 eine Drehung der Kurbelwelle 24 zur
Folge hat. In ähnlicher Weise kann eine Drehung der Kurbelwelle 24 eine
Gleitbewegung des Kolbens 18 zur Folge haben.
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Das
Brennstoffsystem 12 kann Komponenten aufweisen, die zusammenarbeiten,
um Einspritzungen von unter Druck gesetztem Brennstoff in jede Brennkammer 22 zu
liefern. Insbesondere kann das Brennstoffsystem 10, 12 einen
Tank 28 aufweisen, der konfiguriert ist, um eine Brennstoffversorgung bzw.
einen Brennstoffvorrat zu halten, und eine Brennstoffpumpanordnung 30,
die konfiguriert ist, um den Brennstoff unter Druck zu setzen und
den unter Druck gesetzten Brennstoff zu einer Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 mittels
einer Brennstoffleitung 34 und einer Common-Rail bzw. gemeinsamen
Druckleitung 36 zu leiten. Es sei bemerkt, dass die Brennstoffpumpanordnung 30 eine oder
mehrere Pumpvorrichtungen aufweisen kann, die dahingehend wirken,
dass sie den Druck des Brennstoffes steigern und einen oder mehrere
unter Druck gesetzte Brennstoffströme zur Common-Rail 36 über
die Brennstoffleitung 34 leiten. Weiterhin wird in Be tracht
gezogen, dass zusätzliche oder andere Komponenten in dem
Brennstoffsystem 12 vorgesehen sein können, falls
erwünscht, wie beispielsweise Schmutzfilter, Wasserabscheider,
Nachfüllventile, Entlastungs- bzw. Begrenzungsventile,
Prioritätsventile und Energieregenerationsvorrichtungen.
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Die
Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 können innerhalb
der Zylinderköpfe 20 angeordnet sein und mit der
Common-Rail 36 durch eine Vielzahl von Brennstoffleitungen 38 verbunden
sein. Jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 kann betreibbar
sein, um eine Menge an unter Druck gesetztem Brennstoff in eine
assoziierte Brennkammer 22 zu vorbestimmten Zeitpunkten
mit vorbestimmten Brennstoffdrücken und mit vorbestimmten
Brennstoffflussraten einzuspritzen. Wie in 2 veranschaulicht,
kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 eine Pumpe-Düse-Brennstoffeinspritzvorrichtung
(Unit-Brennstoffeinspritzvorrichtung) mit geschlossener Düse
verkörpern. Insbesondere kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 einen
Einspritzvorrichtungskörper 40 aufweisen, der
eine Düsengliedführung 42, ein Düsenglied 44,
ein Nadelventilelement 46, eine erste Betätigungsvorrichtung 48 und
eine zweite Betätigungsvorrichtung 50 aufnimmt.
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Der
Einspritzvorrichtungskörper 40 kann ein im Allgemeinen
zylindrisches Glied sein, welches zur Montage innerhalb des Zylinderkopfes 20 konfiguriert ist.
Der Einspritzvorrichtungskörper 40 kann eine mittige
Bohrung 52 zur Aufnahme der Düsengliedführung 42 und
des Düsengliedes 44 haben, und eine Öffnung 54,
durch die ein Spitzenende 56 des Düsengliedes 44 vorstehen
kann. Ein Dichtungsglied, wie beispielsweise ein (nicht gezeigter)
O-Ring kann zwischen der Düsengliedführung 42 und
dem Düsenglied 44 angeordnet sein, um eine Brennstoffleckage aus
der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zu begrenzen.
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Die
Düsengliedführung 42 kann auch ein im Allgemeinen
zylindrisches Glied mit einer mittigen Bohrung 58 sein,
welches konfiguriert ist, um das Nadelventilelement 46 und
eine Steuerkammer 60 aufzunehmen. Die mittige Bohrung 58 kann
als eine Druckkammer wirken, welche unter Druck gesetzten Brennstoff
enthält, der durch einen Brennstoffversorgungsdurchlassweg 62 kontinuierlich
geliefert wird. Während der Einspritzung kann der unter
Druck gesetzte Brennstoff von der Brennstoffleitung 38 durch den
Brennstoffversorgungsdurchlassweg 62 und die mittige Bohrung 58 zum
Spitzenende 56 des Düsengliedes 42 fließen.
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Aus
der Steuerkammer 60 kann selektiv unter Druck gesetzter
Brennstoff ablaufen oder unter Druck gesetzter Brennstoff kann zur
Steuerkammer 60 hin geliefert werden, um die Bewegung des
Nadelventilelementes 46 zu steuern. Insbesondere kann ein
Steuerdurchlassweg 64 strömungsmittelmäßig einen
Anschluss 66, der mit der Steuerkammer 60 assoziiert
ist, und die erste Betätigungsvorrichtung 48 verbinden.
Die Steuerkammer 60 kann kontinuierlich mit unter Druck
gesetztem Brennstoff über einen eingeschränkten
Versorgungsdurchlassweg 68 beliefert werden, der in Verbindung
mit dem Brennstoffversorgungsdurchlassweg 62 ist. Die Einschränkung des
eingeschränkten Versorgungsdurchlassweges 68 kann
einen Druckabfall innerhalb der Steuerkammer 60 gestatten,
wenn aus dem Steuerdurchlassweg 66 unter Druck gesetzter
Brennstoff abläuft.
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Das
Düsenglied 44 kann genauso ein im Allgemeinen
zylindrisches Glied verkörpern, welches ein mittige Bohrung 70 hat,
die konfiguriert ist, um das Nadelventilelement 46 aufzunehmen.
Das Düsenglied 44 kann weiter eine oder mehrere
Zumessöffnungen 72 aufweisen, um die Einspritzung
des unter Druck gesetzten Brennstoffes aus der mittigen Bohrung 70 in
die Brennkammern 22 des Motors 10 zu gestatten.
Zusätzlich kann das Düsenglied 44 einen
Vorsprungsteil 74 mit größerer Dicke
und kleinerem Innendurchmesser als der Rest des Düsengliedes 44 aufweisen.
Es wird in Betracht gezogen, dass das Düsenglied 44 ohne
den Vorsprungsteil 74 hergestellt werden kann, falls erwünscht.
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Das
Nadelventilelement 46 kann ein im Allgemeinen langgestrecktes
zylindrisches Glied sein, welches verschiebbar innerhalb der Düsengliedführung 42 und
des Düsengliedes 44 angeordnet ist. Zusätzlich
kann das Nadelventilelement 46 eine Nadelventilführung 76 und
eine Flussbegrenzungsvorrichtung 78 aufweisen, die benachbart
zu dem Vorsprungsteil 74 des Düsengliedes 44 gelegen
ist. Es sei bemerkt, dass die Nadelventilführung 76 und
die Flussbegrenzungsvorrichtung 78 integral mit dem Nadelventilelement 74 sein
können. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die Nadelventilführung 76 und
die Flussbegrenzungsvorrichtung 78 von dem Nadelventilelement
getrennte Elemente sein können, falls erwünscht.
Zusätzlich wird in Betracht gezogen, dass die Flussbegrenzungsvorrichtung
direkt stromaufwärts der Nadelventilführung 76 positioniert
sein kann, falls erwünscht, obwohl die Flussbegrenzungsvorrichtung 78 derart
veranschaulicht ist, dass sie direkt stromabwärts der Nadelventilführung 76 positioniert
wird.
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Wie
in 3A veranschaulicht, kann die Nadelventilführung 76 eine
rechteckige Querschnittsform haben, die vier flache Seiten und vier
schräge Ecken aufweist, die zur Krümmung der Innenfläche des
Nadelventilgliedes 44 passen. Zusätzlich können die
schrägen Ecken gegen die Innenfläche des Düsengliedes 44 positioniert
sein, um eine seitliche Bewegung des Nadelventilelementes 46 innerhalb
des Düsengliedes 44 zu verringern. Die Verringerung
der seitlichen Bewegung des Nadelventilelementes 46 kann
beispielsweise eine seitliche Bewegung von Null oder eine relativ
kleine seitliche Bewegung zur Folge haben. Es wird in Betracht gezogen,
dass ein Schmiermittel oder ein anderes Reibungsverringerungsmittel
zwischen den schrägen Ecken der Nadelventilführung 76 und
innerhalb der Oberfläche des Düsengliedes 44 positioniert
sein kann, um eine Abnutzung zu verringern. Es wird weiter in Betracht
gezogen, dass die Nadelventilführung 76 irgendeine Form
haben kann, die verhindern kann, dass das Nadelventil 46 sich
seitlich bewegt, während gestattet wird, dass Brennstoff
frei über die Nadelventilführung 76 fließt.
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Wie
in 3B veranschaulicht, kann die Flussbegrenzungsvorrichtung 78 eine
kreisförmige Querschnittsform haben, die einen ringförmigen
Kanal 80 erzeugt, durch welchen Brennstoff zwischen der
Flussbegrenzungsvorrichtung 78 und der Innenfläche
des Düsengliedes 44 fließen kann. Die
Flussbegrenzungsvorrichtung 78 kann so bemessen sein, dass
ein ringförmiger Kanal 80 den Fluss des Brennstoffes
in der mittigen Bohrung 70 begrenzen kann und eine Druckdifferenz
zwischen dem Brennstoff stromaufwärts der Flussbegrenzungsvorrichtung 78 und
dem Brennstoff stromabwärts der Flussbegrenzungsvorrichtung 78 während
eines Endes des Einspritzereignisses erzeugen kann. Die Druckdifferenz kann
innerhalb eines vorbestimmten Bereiches sein, wie beispielsweise
2–6 Mpa. Es wird in Betracht gezogen, dass, obwohl die
Flussbegrenzungsvorrichtung 78 derart veran schaulicht ist,
dass sie eine kreisförmige Querschnittsform hat, die Flussbegrenzungsvorrichtung 78 irgendeine
Form haben kann, die den Fluss des Brennstoffes in der mittigen
Bohrung 70 einschränken kann.
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Mit
Bezug auf 2 kann das Nadelventilelement 46 axial
zwischen einer ersten Position, in der ein Spitzenende 82 des
Nadelventilelementes 46 einen Fluss des Brennstoffes durch
die Zumessöffnungen 72 blockiert, und einer zweiten
Position bewegbar sein, in der die Zumessöffnungen 72 offen
sind, um einen Fluss von unter Druck gesetztem Brennstoff in die
Brennkammer 22 zu gestatten. Das Nadelventilelement 46 kann
normalerweise zur ersten Position hin vorgespannt sein. Insbesondere
kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 eine Feder 84 aufweisen,
die zwischen einem Stopp bzw. Anschlag 86 der Düsengliedführung 42 und
einer Sitzfläche 88 des Nadelventilelementes 46 angeordnet
ist, um axial das Spitzenende 82 zur Zumessöffnungsblockierungsposition
hin vorzuspannen. Ein erster Abstandshalter 90 kann zwischen
der Feder 84 und dem Anschlag 86 angeordnet sein,
und ein zweiter Abstandshalter 92 kann zwischen der Feder 84 und der
Sitzfläche 88 angeordnet sein, um die Abnutzung der
Komponenten innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zu
verringern.
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Das
Nadelventilelement 46 kann auch mehrere hydraulische Antriebsflächen
aufweisen, die dazu tendieren, das Nadelventilelement 46 zu
einer ersten und einer zweiten Position zu treiben. Insbesondere
kann das Nadelventilelement 46 eine hydraulische Oberfläche 94 aufweisen,
die dazu tendiert, das Nadelventilelement 46 zur ersten
Position oder Zumessöffnungsblockierungsposition zu treiben,
wenn darauf unter Druck gesetzter Brennstoff wirkt, und eine hydraulische
Oberfläche 96, die dazu tendiert, der Vorspannung
der Feder 84 entgegenzuwirken und das Nadelventilelement 46 in
die entgegengesetzte Richtung zur zweiten Position oder Zumessöffnungsöffnungsposition
zu treiben.
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Die
erste Betätigungsvorrichtung 48 und die zweite
Betätigungsvorrichtung 50 können gegenüberliegend
zum Spitzenende 82 des Nadelventilelementes 46 angeordnet
sein, um eine Öffnungs- und Verschlussbewegung des Nadelventilelementes 46 zu
steuern. Insbesondere kann die erste Betätigungsvorrichtung 48 ein Zwei-Positionen-Ventilelement
aufweisen, welches zwischen der Steuerkammer 72 und dem
Tank 28 angeordnet ist, um die Öffnungsbewegung
des Nadelventilelementes 46 zu steuern. Zusätzlich
kann die zweite Betätigungsvorrichtung 50 ein
Zwei-Positionen-Ventilelement aufweisen, welches zwischen der ersten
Betätigungsvorrichtung 48 und dem Tank 28 angeordnet
ist, um die Verschlussbewegung des Nadelventilelementes 46 zu
steuern. Es wird in Betracht gezogen, dass die Ventilelemente der
ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen 48 und 50 elektrisch
betrieben, hydraulisch betrieben, mechanisch betrieben, pneumatisch
betrieben oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise betrieben
sind.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die
offenbarte Brennstoffeinspritzvorrichtung kann Emissionen verringern
und die Motorleistung steigern, indem sie das Brennstoffvolumen
verringert, welches zu einer Brennkammer geliefert wird. Insbesondere
kann die Flussbegrenzungsvorrichtung des Nadelventils eine zusätzliche
Kraft liefern, die der Feder dabei helfen kann, das Nadelventilelement
zu einer geschlossenen Position zu bewegen. Dies kann gestatten,
dass die Größe der Feder und der Sitzflächendurchmesser
verringert werden, so dass ein kleineres Brennstoffvolumen genau
in die Brennkammer geliefert werden kann. Der Betrieb des Brennstoffsystems 12 wird
nun erklärt.
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Das
Nadelventilelement 46 kann durch eine Unausgeglichenheit
der Kraft bewegt werden, die durch den Brennstoffdruck erzeugt wird.
Wenn beispielsweise das Nadelventilelement 46 in der ersten Position
oder Zumessöffnungsblockierungsposition ist, kann unter
Druck gesetzter Brennstoff vom Brennstoffversorgungsdurchlassweg 62 in
die Steuerkammer 60 fließen, um auf die hydraulische
Oberfläche 94 zu wirken. Gleichzeitig kann unter
Druck gesetzter Brennstoff vom Brennstoffversorgungsdurchlassweg 62 in
die mittigen Bohrungen 58 und 70 fließen,
und zwar in Vorbereitung auf die Einspritzung. Wenn der Brennstoff
auf den ringförmigen Kanal 80 in der mittigen
Bohrung 70 trifft, kann der Fluss begrenzt werden. Diese
Begrenzung kann eine Druckdifferenz zwischen dem Brennstoff stromaufwärts
und stromabwärts der Flussbegrenzungsvorrichtung 78 erzeugen,
wobei der Brennstoff stromaufwärts der Flussbegrenzungsvorrichtung 78 einen höheren
Druck haben kann als der Brennstoff stromabwärts der Flussbegrenzungsvorrichtung 78.
Diese Druckdifferenz kann eine zusätzliche Kraft erzeugen, die
gegen die Flussbegrenzungsvorrichtung 78 drückt
und dahingehend wirkt, dass sie das Nadelventilelement 46 zu
einer geschlossenen Position bewegt. Zusätzlich kann die
Druckdifferenz beispielsweise 2–6 Mpa sein.
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Die
Kraft der Feder 84 kombiniert mit der hydraulischen Kraft,
die an der hydraulischen Oberfläche 94 erzeugt
wird, und der zusätzlichen Kraft, die durch die Druckdifferenz
erzeugt wird, kann größer sein als eine entgegenwirkende
Kraft, die an der hydraulischen Oberfläche 96 erzeugt
wird, wodurch bewirkt wird, dass das Nadelventilelement 46 in
der ersten Position bleibt, um den Brennstofffluss durch die Zumessöffnungen 72 zu
begrenzen. Um die Zumessöffnungen 72 zu öffnen
und den unter Druck gesetzten Brennstoff von der mittigen Bohrung 70 in
die Brennkammer 22 einzuspritzen, kann die erste Betätigungsvorrichtung 48 ihr
assoziiertes Ventilelement bewegen, um selektiv den unter Druck
gesetzten Brennstoff weg von der Steuerkammer 60 und der hydraulischen
Oberfläche 94 ablaufen zu lassen. Diese Verringerung
des Druckes, der auf die hydraulische Oberfläche 94 wirkt,
kann gestatten, dass die entgegenwirkende Kraft an der hydraulischen
Oberfläche 96 wirkt, um die Vorspannkraft der
Feder 84 zu überwinden, wodurch das Nadelventilelement 46 zur Zumessöffnungsöffnungsposition
hin bewegt wird.
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Um
die Zumessöffnungen 72 zu schließen und
die Einspritzung von Brennstoff in die Brennkammer 22 zu
beenden, kann die zweite Betätigungsvorrichtung 50 erregt
werden. Insbesondere, wenn das Ventilelement, welches mit der zweiten
Betätigungsvorrichtung 50 assoziiert ist, zur
Flussblockierungsposition hin gedrückt wird, kann verhindert
werden, dass Strömungsmittel aus der Steuerkammer 60 zum Tank 28 abläuft.
Weil unter Druck gesetztes Strömungsmittel kontinuierlich
zur Steuerkammer 60 über den begrenzten bzw. gedrosselten
Versorgungsdurchlassweg 68 geliefert wird, kann sich Druck
schnell innerhalb der Steuerkammer 60 aufbauen, wenn das
Ablaufen durch den Steuerdurchlassweg 64 verhindert wird.
Wie oben offenbart, kann zusätzlich eine zusätzliche
Kraft durch die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoff stromaufwärts
und stromabwärts der Flussbegren zungsvorrichtung 78 erzeugt
werden. Der zunehmende Druck in der Steuerkammer 60 kombiniert
mit der Vorspannkraft der Feder 84 und der zusätzlichen
Kraft, die durch die Druckdifferenz erzeugt wird, kann die entgegenwirkende
Kraft überwinden, welche auf die hydraulische Oberfläche 96 wirkt,
um das Nadelventilelement 46 zur geschlossenen Position
hin zu drücken. Es wird in Betracht gezogen, dass die zweite
Betätigungsvorrichtung 50 weggelassen werden kann,
falls erwünscht, und dass die erste Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 48 verwendet
wird, um sowohl die Öffnungs- als auch Verschlussbewegungen
des Nadelventilelementes 46 einzuleiten.
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Durch
Verwendung einer Nadelventilführung in Verbindung mit einer
Flussbegrenzungsvorrichtung kann die offenbarte Brennstoffeinspritzvorrichtung
fähig sein, genau ein kleines Brennstoffvolumen zu liefern.
Insbesondere kann die Flussbegrenzungsvorrichtung einen ringförmigen
Kanal erzeugen. Der ringförmige Kanal kann eine Druckdifferenz
zwischen Brennstoff in einem oberen Teil einer mittigen Bohrung
und Brennstoff in einem unteren Teil der mittigen Bohrung durch
Begrenzung des Brennstoffflusses erzeugen. Eine solche Druckdifferenz
kann eine zusätzliche Kraft zur Vorspannung des Nadelventilelemente
zu einer geschlossenen Position hin erzeugen. Die Nadelventilführung
kann die Größe und die Form des ringförmigen
Kanals aufrecht erhalten, indem sie verhindert, dass sich das Nadelventilelement seitlich
bewegt. Weiterhin kann die Distanz zwischen der Flussbegrenzungsvorrichtung
und der Innenfläche der mittigen Bohrung während
der Öffnungs- und Verschlussereignisse gleich bleiben.
Durch Beibehalten der Größe und Form des ringförmigen
Kanals kann die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoff stromaufwärts
und stromabwärts der Flussbegrenzungsvorrichtung genauer
gesteuert werden. Eine genauere Steuerung der Druckdifferenz kann
Versagensfälle im Betrieb, wenn sich das Nadelventilelement
aufgrund übermäßiger oder unzureichender
zusätzlicher Kräfte schließt, minimieren.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem Brennstoffsystem der vorliegenden Offenbarung
vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung
abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann
aus einer Betrachtung der Be schreibung und einer praktischen Ausführung
des hier offenbarten Brennstoffsystems offensichtlich werden. Es
ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als
beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung
durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten
Ausführungen gezeigt wird.
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Zusammenfassung
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BRENNSTOFFEINSPRITZVORRICHTUNGSDÜSE MIT
FLUSSBEGRENZUNGSVORRICHTUNG
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Eine
Brennstoffeinspritzvorrichtung wird vorgesehen, welche ein Nadelventilelement
und ein Düsenglied mit einer mittigen Bohrung hat, die
konfiguriert ist, um das Nadelventilelement verschiebbar aufzunehmen.
Die Brennstoffeinspritzvorrichtung hat auch eine Feder, die konfiguriert
ist, um das Nadelventilelement zu einer geschlossenen Position hin vorzuspannen.
Zusätzlich hat die Brennstoffeinspritzvorrichtung ein Führungselement,
welches konfiguriert ist, um eine seitliche Bewegung des Nadelventilelementes
zu verringern. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung hat weiter eine
Strömungsmittelflussbegrenzungsvorrichtung, die konfiguriert
ist, um den Fluss eines Strömungsmittels durch das Nadelventilelement
zu begrenzen und eine Strömungsmitteldruckdifferenz zwischen
dem Strömungsmittel stromaufwärts und stromabwärts
der Strömungsmittelflussbegrenzungsvorrichtung zu erzeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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