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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
zur Erzeugung eines Brennstoff-Einspritz-Vorgangs in einer Brennkammer
eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch
1.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK UND HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Aus
der
US 5.423.484 A1 ist
eine Brennstoffeinspritzvorrichtung bekannt, mit: einem Gehäuse, einem
Zylinder, einem Kolben, einer Kolbenstange, einer Düse, einer
Nadelsteuerung bzw. einem Nadelstellhebel, einer Nadelsteuerungs-
bzw. einer Nadelstellhebel-Feder, einem Raten-Proportionierungs-Ventil
und einer Raten-Proportionierungs-Ventilfeder.
Der Zylinder ist im Gehäuse
angeordnet und definiert eine Brennstoff-Kolbenkammer sowie eine Raten-Proportionierungs-Bohrung
zwischen der Brennstoff-Kolbenkammer und einer Umgebung des Zylinders
mit einem Raten-Proportionierungs-Ventilsitz
darin. Der Kolben ist teilweise in der Brennstoffkolben-Bohrung des Zylinders
angeordnet. Die Düse ist
im Gehäuse
angeordnet und definiert eine Spitze der Brennstoffeinspritzvorrichtung
und definiert auch einen Brennstoff-Durchlaß von der Brennstoff-Kolbenkammer
bis zu einer Einspritz-Öffnung
an einem Ende der Spitze. Der Nadelstellhebel ist in der Düse angeordnet
und blockiert betriebslich die Öffnung
in einer ersten Stellung. Eine Nadelstellhebel-Feder ist in der
Düse zwischen
dem Nadelstellhebel und einem Reaktionstellglied angeordnet, wobei
sie den Stellhebel in die erste Stellung vorspannt. Das Raten-Proportionierungs-Ventil
ist in der Raten-Proportionierungs-Bohrung des Zylinders angeordnet.
Die Raten-Proportionierungs-Ventil-Feder
ist zwischen dem Gehäuse
und dem Raten-Proportionierungs-Ventil
angeordnet.
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Gemäß dieser
bekannten Brennstoffeinspritzvorrichtung öffnet sich ein Absteuer-Ventil nach Beginn
der Einspritzung.
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Aus
der
US 5,492,098 ist
eine Vorrichtung zur variablen Steuerung der Brennstoff-Strömungs-Eigenschaften
einer hydraulisch angetriebenen Einspritz-Vorrichtung während eines
Einspritz-Zyklus bekannt. Die Vorrichtung enthält eine variable Steuerung
des Betätigungs-Fluid-Drucks und
eine Absteuer-Steuerungs-Vorrichtung, die mit der Kolbenstange und
dem Zylinder-Bauteil der Einspritz-Vorrichtung verbunden ist. Die
Vorrichtung kann die Anfangs-Geschwindigkeit der Brennstoff-Einspritzung steuern
und auch kontinuierliche oder Teil-Einspritzung über den Last- und Geschwindigkeits-Bereich
eines Motors liefern. Die Leistung wird von der Geometrie der Absteuer-Steuerungs-Vorrichtung
einhergehend mit dem variabel gesteuerten Druck des Betätigungs-Fluids
gesteuert, das der Einspritz-Vorrichtung zugeführt wird. Diese bekannte Vorrichtung
hilft, Motorgeräusch
und Emissionen zu verringern und stellt die Konstruktion gemäß dem Oberbegriff
nach Anspruch 1 dar.
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Eine
Brennstoffeinspritzvorrichtung, insbesondere eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
zur Verwendung in einem Dieselmotor, muß eine Menge an Brennstoff
in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors über einen weiten Bereich von
Motor-Betriebsbedingungen
sehr genau abgeben. Die Abgabe des Brennstoffs erfolgt typischerweise
während
eines bestimmten Kurbel-Winkels, wie beispielsweise 30 Grad, unabhängig von
der Motordrehzahl.
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Bestimmte
Aspekte der vorliegenden Erfindung können für eine Zahl von unterschiedlichen
Typen von Brennstoffeinspritzvorrichtungen verwendet werden, inklusive
(HEUI) und mechanisch betätigte, elektronisch
gesteuerte Einheits-Einspritzvorrichtungen (MEUI), sowie Einspritz-Vorrichtungen
der Typen, die in dem Artikel „Cat
Gears up Next Generation Fuel Systems", Diesel Power, August 1998, offengelegt
worden sind. Aspekte der Erfindung sind insbesondere geeignet für die Verwendung
mit einer hydraulisch-betätigten
Brennstoffeinspritzvorrichtung, die ein Kolbenartiges Steuerventil
von der Bauart aufweist, die in U.S.-Patent Nr. 5,460,329 („das 329er
Patent") und der
Schrift Nr. 1999-01-0196 mit dem Titel „Application of Digital Valve
Technology to Diesel Fuel Injection" der Gesellschaft der Automobil-Ingenieure
offengelegt ist.
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8 zeigt
eine Beispiel-Einspritz-Vorrichtung 160 gemäß dem Stand
der Technik, die von einem Drei-Wege-Kolben-Steuerventil 162 gesteuert wird.
In dieser Ausführungsform
ist ein Betätigungs-Fluid-Zufuhr-Durchlaß 108 im
Einspritz-Vorrichtungs-Gehäuse 90 mit
einer Zufuhr-Rille 163 im Steuerventil-Gehäuse 165 verbunden,
und ein Betriebs-Durchlaß 106 verbindet
eine Druckverstärker-Kammer 102 mit
einer Betriebs-Rille 167 im Steuerventil-Gehäuse 165.
Das Steuerventil-Gehäuse weist
ferner eine Abführ-Rille
bzw. Drainage-Rille 169 auf, um das Betätigungs-Fluid von der Einspritz-Vorrichtung
abzuführen.
Eine Bewegung eines Kolbens 168 sorgt für Strömungs-Verbindung zwischen dem
Betriebs-Durchlaß 106 und
entweder dem Zufuhr-Durchlaß 108 oder
der Abführung 169.
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Wenn
der Kolben 168 den Betriebs-Durchlaß 106 mit dem Zufuhr-Durchlaß 108 verbindet,
treibt der Druck innerhalb der Druckverstärker-Kammer 102 den
Druckverstärker-Kolben 84 derart
an, daß Brennstoff
in der Druck-Kammer 86 verdichtet wird. Der verdichtete
Brennstoff strömt
durch Durchlaß 74 zum
Nadelventil 72 und hebt das Nadelventil 78 derart
an, daß der
Brennstoff von der Einspritz-Vorrichtung 160 ausgeworfen
wird. Wenn der Kolben 168 den Betriebs-Durchlaß 106 mit
der Abführung 169 verbindet,
bewegt die Kraft der Feder 166 den Druckverstärker-Kolben 84 zurück in die
Ausgangsstellung, während
das Fluid innerhalb der Druckverstärker-Kammer 102 durch
die Abführung 169 strömt.
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Der
Zweck des Steuerventils 162 in einer hydraulisch druckverstärkten Brennstoffeinspritzvorrichtung
ist, die Zeitabfolge und den Fluß des hydraulischen Arbeits-Fluids zur Druckverstärker-Kammer 102 zu
steuern. Das Steuerventil 162 weist nur drei unterschiedliche
Bestandteile auf: den Kolben 168, das Gehäuse 165 und
zwei identische elektromagnetische Spulen 138 und 180.
In der geschlossenen Stellung beginnend, bewirkt, wenn die offene
Spule 138 durch eine Spannung geladen wird, die entstandene
magnetische Kraft eine linksgerichtete Bewegung in Richtung der
offenen Spule 138, um den Zufuhr-Durchlaß 108 mit
dem Betriebs-Durchlaß 106 zu verbinden.
Sobald der Kolben 168 an der Begrenzung stoppt, die Teil
des Spulen-Bauteils 138 ist, wird die Spannung unterbrochen.
Jedoch setzt sich der Strom des Betätigungs-Fluids aufgrund der
Kolben-Stellung fort.
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Um
den Fluid-Strom zu beenden, wird die Schließ-Spule 180 durch
eine Spannung geladen. Die magnetische Kraft, die von der Schließ-Spule 180 erzeugt
wird, bewirkt eine rechtsgerichtete Bewegung des Kolbens 168 in
Richtung der Schließ-Spule 180,
die den Betriebs-Durchlaß 106 mit
der Abführung 169 verbindet.
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Ein
Verschieben des Kolbens 168 des Steuerventils 162 von
der geschlossenen zur offenen Stellung und ein Zurückschieben
in die geschlossene Stellung stellt einen Umlauf des Kolbens 168 dar.
Die minimale Umlaufzeit ist die minimale Zeit, die für einen
vollständigen
Umlauf gebraucht wird. Ein unvollständiger Umlauf setzt das Steuerventil 162 in
einen Bereich unstabilen Betriebs, wie weiter unten beschrieben
wird.
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Es
mag während
eines einzelnen Einspritz-Zyklus gewünscht sein, einen relativ kleinen Vor-Einspritz-Brennstoff-Strom
vor dem Haupt-Einspritz-Vorgang vorzusehen. Das resultierende Einspritz-Strom-Profil
wird Raten-Proportionierung oder Teil-Vor-Einspritzung genannt, was davon abhängt, ob
eine Einspritzung (Raten-Proportionierung) oder zwei Einspritzungen
(Vor-Einspritzung) während
des Einspritz-Vorgangs auftreten. Wenn jedoch das Steuerventil keinen
kompletten Umlauf zwischen der geschlossenen und der offenen Stellung
und zurück
zur geschlossenen Stellung während
des Einspritz-Vorgangs fährt,
beispielsweise, wenn das Steuerventil auf die geschlossene Stellung
zurückgezogen
wird, bevor es die offene Stellung erreicht, ist die Brennstoff-Versorgung,
die von einer solchen teilweisen Bewegung des Kolbens des Steuerventils
veranlaßt wird,
instabil und unerwünscht.
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Demgemäß besteht
in der Industrie ein Bedarf, die Instabilitäten, die von einer teilweisen
Bewegung des Kolbens des Steuerventils von der geschlossenen zur
offenen Stellung vor der Rückkehr zur
geschlossenen Stellung resultieren, zu beseitigen.
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Ferner
besteht in der Industrie ein Bedarf, die präzise Steuerung der Vor-Einspritzung und
der Raten-Proportionierung kontinuierlich zu verbessern, um die
Leistung- und Emissions-Charakteristiken der Motoren, die Brennstoffeinspritzvorrichtungen
verwenden, zu verbessern.
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Eine
wichtige Betrachtung einer Diesel-Brennstoffeinspritzvorrichtung
ist ihre Fähigkeit, eine
kleine Vor-Einspritzung von Brennstoff (so klein wie 1 mm3) vor dem Haupt-Einspritz-Vorgang zu liefern
und ihre Fähigkeit,
die Gestalt der Brennstoff-Versorgungs-Kurve
zu steuern. Beides erwies sich aus folgenden Gründen als sehr schwer zu erreichen:
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Zur
Motoremissions-Optimierung ist ein sehr hoher Einspritz-Druck erwünscht; daher
ist das Nadelventil einem sehr hohen Brennstoffdruck ausgesetzt,
und es ist einfach, die vollständig
angehobene (vollständig
geöffnete)
Stellung des Nadelventils zu erreichen, wenn der Brennstoff unter
dem Druckverstärker-Kolben 14 unter
Druck gesetzt wird. Jedoch ist für
eine kleine Menge an Brennstoff-Versorgung die vollständig angehobene
Stellung unerwünscht, da
bei dieser Stellung das Ventil vollständig geöffnet wird und die Steuerbarkeit
der kleinen Brennstoff-Menge demgemäß sehr schlecht ist.
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Die
Stellung des Nadelventils steuert die Öffnungs-Fläche der Einspritzungs-Düsen-Öffnung. Für eine Abgabe einer kleinen
Brennstoff-Menge bei hohem Arbeitsdruck ist eine sehr kleine Anhebung
des Nadelventils erwünscht,
welche die Düsen-Öffnung nur sehr wenig öffnet. Diese
kleine Anhebung wird nur während
des Pilot- oder
Raten-Proportionierungs-Vorgangszeitraum benötigt, wenn sehr kleine Einspritz-Mengen erwünscht sind.
Für den Haupt-Einspritz-Vorgang
sollte das Nadelventil seine vollständig angehobene Stellung ohne
jegliche negative Auswirkung erreichen können. Deswegen ist die Steuerbarkeit
der Nadelventil-Stellung während
des Pilot- oder Raten-Proportionierungs-Vorgangs
sehr wichtig und auch sehr schwer.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
zur Erzeugung eines Brennstoff-Einspritz-Vorgangs in der Brennkammer
eines Verbrennungs-Motors bereitzustellen, die geeignet ist, die
oben genannten Bedürfnisse
der Industrie erfüllen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Verbesserte
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung
resultieren von den Unteransprüchen
2 bis 23.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung dient einer Abgabe von unter Druck stehendem Brennstoff an
das Nadelventil oder der Absperrung nur dann, wenn ausreichend Zeit
vergangen ist, daß das
Kolbenventil einen Umlauf von der geschlossenen zur offenen Stellung
und zurück
zur geschlossenen Stellung durchläuft. Eine Brennstoffeinspritzvorrichtung einer
solchen Ausführungsform
enthält
einen Druckverstärker,
wobei der Druckverstärker
einen Kolben aufweist, der sich in einem Zylinder zwischen einer zurückgezogenen
und vollständig
ausgefahrenen Stellung bewegen kann, wobei der Zylinder von einer Zylinderwand
definiert wird, wobei die Zylinderwand eine Brennstoff-Druckverstärker-Kammer
von variablem Volumen teilweise definiert. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung
enthält
ferner eine Absteuer-Öffnung,
die die Zylinderwand teilt, wobei die Absteuer-Öffnung zu Beginn des Einspritz-Vorgangs
geöffnet
ist und vom Druckverstärker-Kolben
während
der Translations-Bewegung des Druckverstärker-Kolbens zum Absteuern
von Brennstoff aus der Druckverstärker-Kammer von variablem Volumen wie gewünscht geschlossen
wird. Die vorliegende Ausführungsform
enthält
ferner ein Verfahren zur Verzögerung
des Beginns eines Einspritz-Vorgangs.
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Die
vorliegende Erfindung stellt zudem eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
dar, die einen Druckverstärker-Kolben
aufweist, wobei sich der Druckverstärker-Kolben in einem Zylinder
zwischen einer zurückgezogenen
und einer vollständig
ausgefahrenen Stellung bewegen kann, wobei der Zylinder von einer Zylinderwand
definiert wird, wobei die Zylinderwand eine Druckverstärker-Kammer
von variablem Volumen teilweise definiert, wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung
ein Kolbenventil enthält,
das zwischen einer geschlossenen und einer offenen Stellung verschiebbar
ist, wobei die Kolbenventil-Bewegung wenigstens ein Umlauf zwischen
der geschlossenen und der offenen Stellung und eine Rück-Bewegung
in die geschlossene Stellung während
einer Einspritzung durchläuft.
Eine Absteuer-Öffnung
teilt die Zylinderwand, wobei die Absteuer-Öffnung zu Beginn des Einspritz-Zyklus
geöffnet
ist und durch den Druckverstärker-Kolben
während
der Translations-Bewegung des Druckverstärker-Kolbens zum Absteuern von Brennstoff
aus der Druckverstärker-Kammer
von variablem Volumen wie gewünscht geschlossen
wird.
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Eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung dient dem Absteuern des Brennstoffs aus der Brennstoff-Druckverstärker-Kammer,
um das Nadelventil zu Beginn der Einspritzung in einer geschlossenen Stellung
zu halten und die anfängliche
Anhebung der Nadel während
der Einspritzung zu verlangsamen bzw. drosseln, um eine Verzögerung des
Beginns des Einspritz-Vorgangs und um eine Raten-Propotionierung
oder Teil-Einspritzung bereitzustellen, sobald der Einspritz-Vorgang
begonnen hat.
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Eine
Brennstoffeinspritzvorrichtung der zweiten Ausführungsform enthält einen
Druckverstärker, wobei
der Druckverstärker
einen Kolben aufweist, der in einem Zylinder zwischen einer zurückgezogenen
und einer vollständig
ausgefahrenen Stellung beweglich ist, wobei der Zylinder von einer
Zylinderwand definiert wird, wobei die Zylinderwand eine Brennstoff-Druckverstärker-Kammer
von variablem Volumen teilweise definiert. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung
enthält
ferner eine Absteuer-Öffnung,
die die Zylinderwand teilt, wobei die Absteuer-Öffnung zu Beginn des Einspritz-Vorgangs
geöffnet
ist und vom Druckverstärker-Kolben
während
der Translations-Bewegung des Druckverstärker-Kolbens geschlossen wird,
zum Absteuern von Brennstoff aus der Druckverstärker-Kammer von variablem Volumen
zu einer hinteren Nadel-Kammer in einer Weise, bei der das Nadelventil
in eine geschlossene Stellung vorgespannt wird, wobei die hintere
Nadel-Kammer einen Drucksteuer-Durchlaß enthält, um den
Druck in der hinteren Nadel-Kammer ablassen zu können, worauf die Absteuer-Öffnung geschlossen
wird. Die vorliegende Ausführungsform
enthält
ferner ein Verfahren zur Verzögerung
des Beginns eines Einspritz-Vorgangs und zur Berücksichtigung einer Raten-Proportionierungs-
und Teil-Einspritzung.
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Eine
dritte Ausführungsform
berücksichtigt eine
Raten-Proportionierungs- und Teil-Einspritzung. um das Nadelventil
während
eines Einspritz-Vorgangs durch Bereitstellung einer passiven Steuerung der
Nadel zu schließen
oder teilweise zu schließen.
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Eine
Brennstoffeinspritzvorrichtung der dritten Ausführungsform enthält einen
Druckverstärker, wobei
der Druckverstärker
einen Kolben aufweist, der in einem Zylinder zwischen einer zurückgezogenen
und einer vollständig
ausgefahrenen Stellung beweglich ist, wobei der Zylinder von einer
Zylinderwand definiert wird, wobei die Zylinderwand eine Brennstoff-Druckverstärker-Kammer
von variablem Volumen teilweise definiert. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung
enthält
ferner eine Steuer-Öffnung
im Zylinder, die anfänglich
bei Beginn der Bewegung durch den Druckverstärker-Kolben geschlossen wird und durch die
Bewegung des Kolbens geöffnet
wird, um die Brennstoff-Druckverstärker-Kammer mit einer hinteren
Nadel-Kammer in der Weise zu verbinden, daß das Nadelventil gedrängt wird,
sich in Richtung Schließung
zu bewegen. Die hintere Nadel-Kammer wird durch weitere Bewegung
des Kolbens von der Brennstoff-Druckverstärker-Kammer isoliert, um die Steuer-Öffnung zu
schließen,
während
die hintere Nadel-Kammer einen Drucksteuer-Durchlaß enthält, um den
Druck in der hinteren Nadel-Kammer ablassen zu können, worauf die Steuer-Öffnung geschlossen
wird. Eine solche Ausführungsform
enthält
ferner ein Verfahren zur Berücksichtigung
einer Raten-Proportionierung- und Teil-Einspritzung.
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Die
Erfindung enthält
ferner eine vierte Ausführungsform,
die diese Verzögerungs-
und Raten-Proportionierungs-Funktionen durch Berücksichtigung einer Absteuer-Öffnung und
einer Steuer-Öffnung
kombiniert, wobei die Absteuer-Öffnung
und die Steuer-Öffnung
mit der hinteren Nadel-Kammer verbunden sind.
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Andere
Ziele und Vorteile der Erfindung werden unten diskutiert oder werden
nach Durchsicht der detaillierten Beschreibung der verschiedenen
Ausführungsformen
und nach Durchsicht der Zeichnung ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein Schaubild der Brennstoff-Abgabe vom Brennstoffeinspritzvorrichtungs-Düsenventil in Abhängigkeit
von der Kolbenbewegung;
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2 ist
ein Schaubild der Kolben-Bewegung in Abhängigkeit von der Zeit, wobei
sich die verschiedenen Kurven auf die numerierten Punkte des Schaubildes
in 1 beziehen;
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3 ist
ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die
den Brennstoff-Druckverstärkungs-Abschnitt
einer Brennstoffeinspritzvorrichtung darstellt, der einen direkten
Absteuer-Durchlaß und
ein Brennstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventil aufweist;
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4 ist
ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die
den Brennstoff-Druckverstärkungs-Abschnitt
einer Brennstoffeinspritzvorrichtung darstellt, der einen Absteuer-Durchlaß und ein
Brennstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventil aufweist, wobei der
Absteuer-Durchlaß strömungstechnisch
mit dem Nadelventil verbunden ist;
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5 ist
ein schematisches Diagramm einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die
den Brennstoff-Druckverstärkungs-Abschnitt
einer Brennstoffeinspritzvorrichtung darstellt, der einen passiven
Nadelsteuer-Durchlaß und
ein Brennstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventil aufweist, das eine Nadelsteuer-Kammer
enthält;
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6 ist
ein schematisches Diagramm einer vierten Ausführungsform der Erfindung, die
den Brennstoff-Druckverstärkungs-Abschnitt
einer Brennstoffeinspritzvorrichtung darstellt, der einen Absteuer-Durchlaß und einen
passiven Nadelsteuer-Durchlaß und ein
Brennstoffeinspritzvorrichtungs-Nadelventil aufweist, das eine Nadelsteuer-Kammer
enthält;
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7 ist
eine Querschnittansicht einer Beispiel-Brennstoffeinspritzvorrichtung,
die eine Absteuer-Öffnung
der ersten Ausführungsform
der Erfindung enthält;
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8 ist
eine Querschnittansicht einer herkömmlichen-Brennstoffeinspritzvorrichtung;
und
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9 ist
ein Schaubild, das die idealen und tatsächlichen Brennstoff-Einspritz-Kurven
für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
darstellt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In
der Leistungsspezifikation für
jede Einspritz-Vorrichtung gibt es eine minimale Brennstoff-Abgabemenge,
welche die minimale Brennstoff-Abgabe-Fähigkeit genannt wird. Diese
minimale Menge wird verwendet, um die Steuer-Präzision, die Laufruhe und Leistungs-Variabilität usw. einer
Brennstoffeinspritzvorrichtung anzugeben. Besonders für eine Einspritz-Vorrichtung
mit Pilot-Betriebs-Fähigkeit
stellt diese minimale Menge ein Schlüsselmerkmal der Einspritz-Vorrichtungs-Technologie
für die Motoremission
und Steuerung des Lärmpegels
dar. Um eine steuerbare minimale Brennstoff-Abgabe-Fähigkeit
zu erreichen, wird eine relativ schmale Signalbreite an das Steuerventil
gegeben, um das Steuerventil bis zu seiner vollständig geöffneten
Hubstellung zu drängen
und dann sofort zu seiner geschlossenen Stellung zurückzukehren.
Dies wird das minimale Spiel des Steuerventils genannt. Das Steuerventil
muß vollen
Hub von Halt zu Halt aufweisen, um seine Bewegungs-Wiederholbarkeit
und -Steuerbarkeit sicherzustellen. Dies gilt für praktisch alle Steuer-Ventile. Ohne einen
Begrenzungshalt (z. B. gegen eine Wand) bewirkt jegliche Teil-Bewegung (weniger als
ein vollständiges
Spiel) eine signifikante Einspritz-Vorrichtung- zu Einspritz-Vorrichtung- und Vorgang-
zu Vorgang-Variabilität
in der Brennstoff-Abgabe.
Daher handelt es sich um einen nicht-wiederholbaren und nicht-steuerbaren
Bereich des Steuerventil-Betriebs. Es ist eine allgemeine Aufgabe
der Einspritz-Vorrichtungs-Hersteller
und der Endanwender, daß alle
Brennstoff-Abgaben, die bei einer Teil-Bewegung des Steuerventils
auftreten, eliminiert werden sollten, um Variabilität bzw. Schwankungen
zu verhindern. Mit der Eliminierung der Teil-Bewegung nimmt dann die minimale Brennstoff-Abgabemenge zu
einem höheren
Niveau zu, wie von der Knickstelle (Punkt 3 in 1)
und von Kurve 3 in 2 dargestellt
ist. Diese Zahl ist signifikant höher als 1 mm3/Hub,
wobei 1 mm3 die normalerweise angestrebte
Spezifikation darstellt.
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Die
minimale Brennstoff-Abgabemenge wird dadurch gesteuert, wie schnell
das Steuerventil eine vollständige
Spielbewegung (von Halt zu Halt zu Halt) bei einem gegebenen Ölanpressdruck
beenden kann (schnellstes Spiel oder minimales Spiel). Das Steuerventil
ist möglicherweise
nicht schnell genug, um ein minimales Spiel zu vervollständigen,
ohne den Brennstoff-Druck in der Druck-Kammer ausreichend zu erhöhen, um
eine Einspritzung auszulösen. Eine
signifikante Brennstoff-Menge könnte
dem Verbrennungs-Zylinder unter minimaler Spielbewegung eines Steuerventils
zugeführt
werden, insbesondere bei hohem Ölanpressdruck.
Für die
meisten Einspritz-Systeme
(Druckverstärker-Systeme
und direkte Nadel-Steuer-Systeme) gilt, daß die Einspritzung schon während der
Teil-Bewegung des Steuerventils beginnt, was eine unerwünschte Bedingung
darstellt.
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Demzufolge
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bestimmte Instabilitäten zu korrigieren,
die während
der Brennstoff-Abgabe als ein Ergebnis der Teil-Bewegung des Kolbentyp-Steuerventils
der Einspritz-Vorrichtung, die in 8 gezeigt ist,
auftreten können.
Die Teil-Bewegung des Kolben-Ventils ist definiert als die Kolben-Ventil-Translation
von der geschlossenen Stellung weg zur offenen Stellung hin und
zurück
zur geschlossenen Stellung vor dem Abschluß eines Spiels, wie es oben
diskutiert worden ist. Bezugnehmend auf 2 stellt
der erste Linienzug 1 diese Teil-Bewegung dar. In Linienzug 1 verläßt das Kolben-Ventil
die geschlossene Stellung und bewegt sich auf die offene Stellung
zu, erreicht ungefähr
die Hälfte
des Abstandes zur offenen Stellung und wird dann zurückgefahren
in die geschlossene Stellung. Bezugnehmend auf Linienzug 12 in 1 korrespondiert
die Brennstoff-Abgabe am Punkt 1 mit der oben genannten
Teil-Bewegung. Ein Problem mit einer solchen Teil-Bewegung besteht darin,
daß die
Brennstoff-Abgabe instabil ist und sich überall innerhalb eines relativ
weiten Bereichs der Brennstoff-Abgabe befinden kann, wie durch die
oberen und unteren Bereichskurven dargestellt ist. Um eine gewünschte Pilot-
oder Vor-Einspritzung zu erreichen, wie sie in 9 gezeigt
ist, ist eine sehr präzise
gesteuerte Brennstoff-Menge erforderlich. Die Instabilität der Brennstoff-Abgabe,
die an Punkt 1 des Linienzugs 12 ersichtlich ist,
ist nicht mit der Berücksichtigung
der gewünschten
Vor-Einspritzung vereinbar.
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Linienzug 2 von 2 stellt
die größte Teil-Bewegung
dar, die auftritt. In Linienzug 2 wird die Kolbenventil-Bewegungs-Richtung
unmittelbar vor Erreichen der Anordnung in der offenen Stellung
umgekehrt. Die Instabilitäten
in der Brennstoff-Abgabe sind
aus Punkt 2 in 1 ersichtlich.
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Linienzug 3 in 2 stellt
die minimale Spielbewegung des Kolbenventils dar. In Linienzug 3 in 2 bewegt
sich das Kolbenventil von der geschlossenen zur offenen Stellung
und wird unmittelbar zur geschlossenen Stellung zurückgefahren.
Wie in 1 angezeigt ist, entspricht das minimale Spiel des
Linienzugs 3 der ersten Stellung von Linienzug 12,
wo es eine stabile und vorhersagbare Brennstoff-Abgabe als Ergebnis
einer vollständigen
Kolben-Bewegung gibt.
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Linienzug 4 in 2 steigt
zusammenfallend mit dem führenden
Abschnitt des Linienzugs 3 an, setzt sich aber dann durch
eine Prell-Bewegung bei der Rückkehr
des Kolbenventils von der offenen in die geschlossene Stellung fort.
Diese Prell-Bewegung erzeugt einige Nicht-Linearitäten in der
Brennstoff-Abgabe, wie am Punkt 4 in Linienzug 12 in 1 angezeigt
ist.
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Linienzug 5 in 2 stellt
eine stabile vollständige
Bewegung des Kolbens dar. Linienzug 5 steigt zusammenfallend
mit dem ersten Abschnitt des minimalen Spiels 3 zwischen
der geschlossenen und der offenen Stellung an. Der Kolben verbleibt
in der offenen Stellung für
eine bestimmte Zeitdauer, wie durch den im allgemeinen horizontalen
Abschnitt des Linienzugs 5 angezeigt ist, und kehrt dann
in einer im allgemeinen linearen Translation von der offenen in
eine geschlossene Stellung zurück.
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7 stellt
eine beispielhafte Brennstoffeinspritzvorrichtung 10 dar,
die eine erste Ausführungsform
der Erfindung illustriert. 3 stellt
zwei Haupt-Komponenten der Beispiel-Brennstoffeinspritzvorrichtung 10 dar,
den Druckverstärker-Kolben 14 und
das Nadelventil 16. Der Druckverstärker-Kolben 14 weist
einen oberen Kolben-Kopf 18 (7) und einen
unteren Kolben-Kopf 20 auf. Der Druckverstärker-Kolben 14 ist
innerhalb eines Zylinders 22 beweglich angeordnet, der
im Brermstoffeinspritzvorrichtungs-Gehäuse definiert ist. Der Abschnitt
des Zylinders 22 unterhalb des unteren Kolben-Kopfes 20 definiert
eine Druck-Kammer 23, welche eine variable Verdrängung bzw.
ein variables Versatzmaß wegen
des variablen Bewegungs-Bereichs des Kolbens 14 aufweist.
Eine Abwärts-Translation
des Kolbens 14 führt
zu einem starken Druckanstieg des Brennstoffs in der Druck-Kammer 23 zur
Einspritzung in eine Verbrennungskammer.
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Der
Zylinder 22 weist einen Brennstoff-Einlaß 24 auf,
der von einer Ring-Kammer 25 gespeist wird.
Der Brennstoff strömt
von einem Vorratstank 28 und einer Pumpe 29 zur
Ring-Kammer 25 durch den Brennstoff-Einlaß 24 und
ein Sperrventil 26 in die Zylinder-Druck-Kammer 23.
Der Brennstoff-Einlaß-Druck
ist typischerweise 50 bis 60 psi. Der Brennstoff-Einlaß 24 in
den 4 bis 6 ist auf ähnliche Weise mit einem Vorratstank 28 verbunden.
Die Druck-Kammer 23 ist mit dem Nadelventil 16 durch einen
Brennstoff-Durchlaß 30 strömungstechnisch verbunden.
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Der
Brennstoff-Durchlaß 30 in 3 ist
mit einem Ring-Strömungs-Durchlaß 32,
der um das Nadelventil 16 definiert ist, strömungstechnisch
verbunden. Der Strömungs-Durchlaß 32 erstreckt
sich zu den Öffnungen 33,
die vom Nadelventil 16 verschlossen sind, falls sich das
Nadelventil 16 in der geschlossenen Stellung befindet (wie
es in 7 dargestellt ist), und offen für die Brennstoff-Einspritzung, falls
sich das Nadelventil 16 in einer offenen Stellung befindet.
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Nadelventil 16 ist
innerhalb eines zylindrischen Düsen-Gehäuses 34 beweglich
angeordnet. Das Nadelventil 16 weist eine vergrößerte Durchmesser-Fläche 36 auf,
die dem Ring-Strömungs-Durchlaß 32 gegenüberliegt.
Eine Ventil-Feder 38 spannt das Nadelventil 16 in
einer Abwärtsrichtung
in die geschlossene Stellung vor, wie es in den 3 und 7 dargestellt
ist.
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Während des
Betriebs beginnt ein Kobensteuerventil 39 seine Bewegung
von einer geschlossenen zu einer offenen Stellung. Eine solche Bewegung
läßt ein Hochdruck-Betätigungs-Fluid
durch die Durchlässe 37 in
eine Hochdruck-Betätigungs-Fluid-Kammer 19 eintreten,
um auf dem oberen Kolbenkopf 18 des Druckverstärker-Kolbens 14 aufzuliegen. Die
Kraft, die vom Betätigungs-Fluid
auf den oberen Kolbenkopf 18 wirkt, bewirkt, daß sich der
Druckverstärker-Kolben 14 abwärts bewegt.
Der untere Kolbenkopf 20 des Druckverstärker-Kolbens 14 wirkt
auf den Brennstoff, der in der Druck-Kammer 23 des Zylinders 22 derart
eingeschlossen ist, daß der
Druck des Brennstoffs stark erhöht
wird. Der erhöhte
Brennstoff-Druck liegt aufwärts
auf der Kolben-Fläche 36 des
Nadelventils 16 auf. Sobald eine ausreichende Aufwärtskraft
auf der Kolben-Fläche 36 erzeugt
ist, um die Vorspannung der Ventil-Feder 38 zu überwinden,
bewegt sich das Nadelventil 16 mit dem Zylinder 34 aufwärts, wobei
die Öffnungen 33 geöffnet werden und
eine Menge von unter Druck stehendem Brennstoff durch die Öffnungen
an die Verbrennungs-Kammer abgegeben wird.
-
Die
vorliegende Ausführungsform
enthält
einen Absteuer-Durchlaß 40,
der über
die Absteuer-Öffnung 43 mit
dem Zylinder 22 strömungstechnisch
verbunden ist. Die Absteuer-Öffnung 43 ist
mit dem Vorratstank 28 (schematisch in 7 dargestellt)
strömungstechnisch
verbunden. Das Einstellen bzw. die Positionierung des Kreuzungspunktes
vom Absteuer-Durchlaß 40 und
vom Zylinder 22 an der Absteuer-Öffnung 43 unter Berücksichtigung
des unteren Kolbenkopfes 20 des Druckverstärker-Kolbens 14 ist
wichtig. Die Absteuer-Öffnung 43 ist
in einer gewünschten
Größe gestaltet,
ungefähr
0,6 mm Durchmesser, um ein gewünschtes
Strömungs-Volumen unter
bekannten Bedingungen bereitzustellen, und ist benachbart unter
dem unteren Kolbenkopf 20 angeordnet, wenn der Druckverstärker-Kolben 14 in seiner
zurückgezogenen
Stellung angeordnet ist, wie es in den 3 und 7 dargestellt
ist, so daß die untere
Seite der Absteuer-Öffnung 43 ungefähr 0,6 mm
unter dem Druckverstärker-Kolben
in seiner zurückgezogenen
Stellung angeordnet ist. Obwohl die Öffnung 43 in geringerem
Abstand angeordnet sein könnte,
könnte
eine solche Abstands-Anordnung die maximale Brennstoff-Abgabe-Kapazität der Einspritz-Vorrichtung
begrenzen.
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Während eines
Einzelschuß-Einspritz-Vorgangs
wird die Anfangsbewegung des Abwärtshubs des
Druckverstärker-Kolbens 14 von
der Anfangsbewegung des Kolbenventils 39 von einer geschlossenen
zu einer offenen Stellung gesteuert. Die anfängliche Abwärtsbewegung des Druckverstärker-Kolbens 14 tritt
auf, wenn das Kolbenventil 39 in einer Zwischenstellung
seines gesamten Bewegungsbereichs angeordnet ist. Bis der Druckverstärker-Kolben 14 die
Absteuer-Öffnung 43 abdichtet,
tritt ein Abfließen
von der Druck-Kammer 23 zum Vorratstank 28 auf.
Während
des Abfließens
liegt ein unzureichender Brennstoff-Druck auf der Nadel-Fläche 36 auf,
um die Vorspannung der Feder 38 zu überwinden, und das Nadelventil 16 bleibt
geschlossen.
-
Zu
dem Zeitpunkt, an dem der Druckverstärker-Kolben 14 weit
genug zurückgefahren
ist, so daß der
untere Kolbenkopf 20 (dargestellt als gestrichelte Linien
in 3) unter der untersten Überkreuzung von der Absteuer-Öffnung 43 des
Absteuer-Durchlasses 40 mit
dem Zylinder 22 angeordnet ist, arbeitet das Kolbenventil 39 im
Bereich zur Rechten der Stellung 3 auf Linienzug 12 von 1 in
dem gewünschten
stabilen Arbeitsbereich. An diesem Punkt wird die Absteuer-Öffnung 43 durch
den Druckverstärker-Kolben 14 effektiv
abgedichtet und das Abfließen
von Druck-Kammer 23 zum Vorratstank 28 endet.
Diesbezüglich
wird eine scharfe Kante bzw. Ecke zwischen dem Kolbenkopf 20 und
der umlaufenden Fläche
des unteren Kolbens als wichtig erachtet.
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Bis
der untere Druckverstärker-Kopf 20 die Absteuer-Öffnung 43 des
Absteuer-Durchlasses 40 schließt, erhöht der Druckverstärker-Kolben 14 den Druck
des Brennstoffs, der in der Druck-Kammer 23 eingeschlossen
ist, nicht stark, da der Brennstoff aus der Druck-Kammer 23 durch
den Absteuer-Durchlaß 40 in
die Ring-Kammer 25 zur
weiteren Verwendung entweicht bzw. abfließt. Sobald der Absteuer-Durchlaß 40 vom
Druckverstärker-Kolben 14 substantiell abgedichtet
ist, endet das Brennstoff-Abfließen, und der Druckverstärker-Kolben 14 beginnt,
den Brennstoffdruck in der Druck-Kammer 23 des Zylinders 22 aufzubauen.
Durch Abfließen
des Brennstoffs aus der Druck-Kammer 23 des Zylinders 22 durch
den Absteuer-Durchlaß 40 während der
Anfangsphase des Hubs des Druckverstärker-Kolbens 14 wird
die Periode der Instabilität,
die von einer teilweisen Spielbewegung des Kolbenventils herrührt, effektiv
umgangen, wodurch sichergestellt wird, daß die Einspritz-Vorrichtung
im Bereich einer stabilen, vorhersagbaren Brennstoff-Abgabe arbeitet.
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Wie
oben diskutiert worden ist, besteht der prinzipielle Zweck der Absteuer-Öffnung 43 der Einspritz-Vorrichtung,
die in den 3 und 7 gezeigt
ist, darin, den Beginn der Einspritzung relativ zum Beginn der Hubbewegung
des Druckverstärker-Kolbens 14 zu
verzögern,
bis genug Zeit für
das Kolbenventil 39 vergangen ist, um ein Spiel von der geschlossenen
zur offenen Stellung und zurück
zur geschlossenen Stellung zu durchlaufen. Obwohl die Beispiel-Einspritz-Vorrichtung,
die in den 3 und 7 beschrieben
ist, dieses Konzept enthält,
kann dieses Konzept auch in jeder Kolben-getriebenen Einspritz-Vorrichtung
verwendet werden, wie die HEUI- und MEUI-Einspritz-Vorrichtungen,
die oben beschrieben worden sind.
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Während der
Teil-Einspritzung (Vor-Einspritzung) mit der Ausführungsform
der 3 und 7 muß das Steuerventil 39 ein
kurzes Minimum-Spiel für
Vor-Einspritzung durchlaufen und zur Haupt-Einspritzung für eine längere Dauer
wieder öffnen.
In einer Weise, die der oben beschriebenen Einzelschuß-Einspritzung ähnlich ist,
beginnt die Vor-Einspritzung, nachdem die Absteuer-Öffnung 43 vom Druckverstärker-Kolben 14 bedeckt
ist, und endet, wenn der Druckverstärker-Kolben 14 beginnt,
zur zurückgezogenen
Stellung zurückzukehren.
Die Absteuer-Öffnung 43 ist
in der Weise gestaltet, daß Brennstoff
abfließt
und daher keine Einspritzung während
der Zeit der teilweisen Bewegung des Steuerventils beginnt. Aufgrund
der Einspritz-Verzögerung,
die durch das Brennstoff-Abfließen
verursacht wird, ist für
die gleiche Dauer der Steuerventil-Öffnung
(Pulsbreite) die Brennstoff-Abgabe viel niedriger mit dem Absteuer-Konzept
der vorliegenden Erfindung als die einer Grundlinien-Einspritz-Vorrichtung
nach 8. Daher ist die minimale steuerbare Vor-Abgabe
signifikant kleiner.
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Bei
niedrigem Ölanpressdruck
könnte
ein Minimum-Spiel-Signal am Steuerventil 39 eine Null-Brennstoff-Abgabe
erzeugen. Dies zeigt, daß eine
relativ längere
Zeit benötigt
wird, in der das Steuerventil 39 geöffnet ist, um einen bestimmten Brennstoff-Strom unter bestimmten Ölanpressdrücken zu
erzeugen. Unter normalen Motor-Betriebsbedingungen
tritt ein niedriger Ölanpressdruck
(niedriger Einspritz-Druck) bei einer niedrigen Motordrehzahl unter
leichten Motorlast-Bedingungen auf. Unter diesen Motor-Bedingungen
steht immer ausreichend Zeit für
einen längeren
Einspritz-System-Vorgang
zur Verfügung.
Die Einspritz-Vorrichtungs-Leistung nach der Ausführungsform
der 3 und 7 ist viel stabiler und verläßlicher
als die Stand-der-Technik-Ausführungsform
nach 8, da das Steuerventil in einem stabilen linearen
Bereich arbeitet.
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Am
Ende der Vor-Einspritzung kehrt der Druckverstärker-Kolben 14 seine
Bewegung um, um die Vor-Einspritzung zu beenden (Haltezeit-Periode) während das Steuerventil 39 zu
seiner geschlossenen Stellung zurückkehrt. Der Druckverstärker-Kolben 14 könnte die
Absteuer-Öffnung 43 während seiner
Rück-Bewegung
wieder öffnen
oder nicht, abhängig
von der Vor-Einspritz-Menge und der Dauer der Haltezeit. Die Vor-Einspritz-Menge
ist proportional zur Hub-Anordnung des Druckverstärker-Kolbens 14 während der
Vor-Einspritz-Phase. Der Druckverstärker-Kolben 14 kehrt
seine Bewegung während
der Haltezeit um. Wenn dieser Umkehr-Abstand relativ lang ist, öffnet der
Druckverstärker-Kolben 14 wieder die
Absteuer-Öffnung 43.
Dies ist in 3 dargestellt. Die Absteuer-Öffnung 43 kann
nicht öffnen, wenn
die Vor-Einspritzung relativ größer und
die Haltezeit kurz ist. Die Absteuer-Öffnung 43 kann auch wieder öffnen, wenn
die Vor-Einspritzung klein und die Haltezeit relativ lang ist. In
diesem Fall soll ein Befehl für
eine kürzere
Haltezeit an das Steuerventil 39 gegeben werden, um diese
zusätzliche
Haltezeit, die durch das Abfließen
verursacht wird, verglichen mit dem Fall einer Grundlinien-Einspritz-Vorrichtung
reduzierend anzupassen.
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Die
Einspritz-Vorrichtung 10 nach der Ausführungsform in den 3 und 7 liefert
die folgenden Vorteile:
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Keine
Haupt-Einspritzung beginnt, bevor der Brennstoff-Abfluß abgeschlossen
ist. Mit dem Absteuer-Konzept wird der Druckaufbau-Vorgang der Brennstoff-Einspritzung während des
Abfließens
entweder verzögert
oder verlangsamt. Daher wird eine meßbare hydraulische Verzögerung erzeugt,
und der Beginn der Brennstoff-Einspritzung
wird verzögert.
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Eine
vorbestimmte hydraulische Verzögerung
kann im Einspritz-System aufgebaut werden, um den Beginn der Einspritzung
zu verzögern.
Diese vorbestimmte Dauer der Verzögerung wird durch die Durchfluß-Fläche der
Absteuer-Öffnung 43 und
die Länge
des Hubs des Druckverstärker-Kolbens 14 gesteuert,
der benötigt
wird, um die Absteuer-Öffnung 43 zu
schließen.
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Durch
die korrekte Auslegung der Durchfluß-Fläche der Absteuer-Öffnung 43 werden
alle Brennstoff-Abgaben nur dann auftreten, nachdem das Steuerventil 39 seinen
linearen und stabilen Bewegungs-Betriebsmodus erreicht hat. Alle
Brennstoff-Abgaben unter Teilbewegungs-Bedingung des Steuerventils
werden eliminiert.
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Die
Umgehung aller Teilbewegungen des Steuerventils stellt die Stabilität und Steuerbarkeit der
Abgabe einer kleinen Brennstoff-Menge sicher, die mit der vorliegenden
Erfindung möglich
ist. Ohne Umgehung tritt eine Abgabe einer kleinen Brennstoff-Menge
immer während
eines Teilspiels des Steuerventils auf.
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Die
Absteuer-Öffnung 43 erniedrigt
ferner die minimale Brennstoff-Abgabemenge auf eine vorgewählte Menge
von ungefähr
1 mm3/Hub. Mit der vorliegenden Ausführungsform
wird die kleinste Vor-Einspritz-Größe nicht von der Steuerventil-Leistungsfähigkeit
vorgegeben, sondern sie wird nun von einem vorgegebenen Absteuer-Bereich
gesteuert. Die minimale Vor-Einspritz-Menge ist steuerbar und könnte sogar
Null sein, falls gewünscht.
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Der
Knick in der Brennstoff-Abgabe-Kurve (siehe 1) wird
vollständig
eliminiert. Der Motor arbeitet nur im linearen Abschnitt von 1 im
Gegensatz zu einem Zwei-Zonen-Betrieb (starker Zunahme und nicht
linearer Bereich für
kleine Mengen und lineare schwächere
Zunahme für
größere Mengen).
Dies zeigt die Verbesserung des Motor-Betriebs in bezug auf Laufruhe,
Einfachheit, Steuerbarkeit und Wiederholbarkeit.
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Da
die Anfangsportion von Brennstoff an die Umgebung abfließt, ohne
den Einspritz-Druck in der Hochdruck-Brennstoff-Kammer aufzubauen,
wird der Kraftbetrag, der der Bewegung des Druckverstärker-Kolbens 14 während dessen
entgegenwirkt, erniedrigt. Daher erfolgt während des Abfließens der Abwärtshub des
Druckverstärker-Kolbens 14 schneller.
Diese schnellere Anfangsbewegung des Druckverstärker-Kolbens 14 führt direkt
zu einem höheren Einspritz-Druck
(Einspritz-Druckspitze)
zu Beginn der Einspritzung.
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Bei
Betrachtung von 4 ist die darin dargestellte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ähnlich
der oben beschriebenen Ausführungsform,
die in 3 dargestellt ist. In der Ausführungsform nach 4 ist
der Absteuer-Durchlaß 40 auf eine
hintere Nadel-Kammer 44 ausgerichtet, die im Düsen-Gehäuse 34 definiert
ist. Brennstoff, der von der Druck-Kammer 23 des Zylinders 22 während der anfänglichen
Abwärtsbewegung
des Druckverstärker-Kolbens 14 abfließt, wird
durch die Absteuer- Öffnung 43 und
den Absteuer-Durchlaß 40 gedrängt, um in
die Kammer 44 von variablem Volumen zu fließen. Ein
Auslaß-
oder hinterer Nadel-Entlastungs-Durchlaß ist mit der Kammer 44 durch
eine Ablauf-Öffnung 48 strömungstechnisch
verbunden.
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Die
Ablauf-Öffnung 48 weist
zwei Funktionen auf: erstens begrenzt sie den Strom von der hinteren Nadel-Kammer 44 zum
Vorratstank 28. Durch Vorhandensein dieser Begrenzung kann
eine signifikante Menge an Brennstoff-Druck in der hinteren Nadel-Kammer 44 eingeschlossen
werden, die ein Anheben der Nadel während des Absteuer-Abschnitts des Druckverstärker-Kolben 14-Hubs
verhindert. Zweitens läßt sie den
Brennstoff in der hinteren Nadel-Kammer 44 durch Durchlaß 46 zum
Brennstofftank 28 abfließen.
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Aufgrund
der Begrenzung, die von der Absteuer-Öffnung 43 verursacht
wird, ist der Brennstoff-Druck in der Druck-Kammer 23 während des Absteuer-Abschnitts
des Hubs annähernd
auf gleichem Niveau, als er wäre,
wenn die Absteuer-Öffnung 43 nicht
vorhanden wäre.
Die Bewegung des Druckverstärker-Kolbens 14 ist
daher langsamer als im Fall der Ausführungsform nach 3 aufgrund des
höheren
Widerstand-Drucks, und das Abfließen des Brennstoffs zur hinteren
Nadel-Kammer 44 wird relativ schwer und langsam. Aufgrund
des dauernden Auslaufs an der Ablauf-Öffnung 48 wird sich
jedoch der Druckverstärker-Kolben
immer abwärts
bewegen und letztendlich die Absteuer-Öffnung 43 schließen. Verglichen
mit der Ausführungsform
nach 3, erfordert die langsamere Absteuer-Rate dieser
Ausführungsform
eine kleinere Absteuer-Öffnung,
um die gleiche Umgehungs-Zeitdauer zu erreichen, da die Zeit zur
Umgehung aller Teilbewegungen des Kolbenventils gleich ist. Dies
liefert den Vorteil eines kleineren Absteuer-Volumens von unter Druck
stehendem Brennstoff zurück
zum Brennstoff-Vorratstank
und eines geringeren Energieverbrauchs des hydraulischen Betätigungs-Fluids.
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Die
Größe (Durchfluß-Querschnittsfläche) der
Ablauf-Öffnung 48 hat
einen großen
Einfluß auf den
hinteren Nadel-Druck während
des gesamten Einspritz-Vorgangs
und muß sorgfältig ausgewählt werden.
Die Durchfluß-Fläche des
Ablauf-Öffnung 48 muß gleich
oder kleiner als die der Absteuer-Öffnung 43 sein, um
die einwandfreie Funktion sicherzustellen. Das Durchfluß-Flächen-Verhältnis der
Ablauf- Öffnung 48 zur
Absteuer-Öffnung 43 sollte
gleich oder weniger als 1,0 sein. Mit diesem Flächen-Verhältnis weist die hintere Nadel-Kammer 44 einen
relativ hohen Druck während
des Absteuer-Abschnitts des Kolben-Hubs auf, und dieser fällt auf
Brennstoff-Vorratstank-Druck
ab, wenn der Absteuer-Strom beendet ist.
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Während des
Absteuer-Abschnitts des Kolben-Hubs liefert die Ablauf-Öffnung 48 eine
fortlaufende Ausströmung
zwischen der hinteren Nadel-Kammer 44 und dem Brennstoff-Entlastungs-Durchlaß 46 und
dem Vorratstank 28. Wenn jedoch diese fortlaufende Ausström-Rate höher als
die Absteuer-Rate der Absteuer-Öffnung 43 ist
(wenn das Flächenverhältnis größer als
1,0 ist), würde
ein sehr kleiner Druck die hintere Nadel-Kammer 44 beaufschlagen.
Wegen der fortlaufenden Ausströmung von
der Ablauf-Öffnung
zum Entlastungs-Durchlaß fällt der
Druck in der hinteren Nadel-Kammer
auf das Druckniveau des Brennstoff-Vorratstanks schnell ab, sobald
die Absteuer-Strömung
unterbunden wird. Dies wird der Entlastungs-Prozeß genannt.
Falls die Ablauf-Öffnungen 48 zu
klein wären,
wäre die
Zeit zur Entlastung nach Schließen
der Absteuer-Öffnung übermäßig lange,
und der Anhebvorgang des Nadelventils 16 wäre relativ
lange. Die Ablauf-Öffnung 48 stellt
auch eine fortgesetzte Entlastungs-Funktion nach Schließen der Absteuer-Öffnung 43 bereit.
Die einwandfreie Kombination der Funktion von Absteuer-Öffnung 43 und
Ablauf-Öffnung 48 stellt
die Grundlage für
alle drei Ausführungsformen,
die in den 4 bis 6 dargestellt
sind, dar.
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Das
Nadelventil 16 ist im Düsengehäuse 34 und
in einem Abschnitt der Kammer 44 verschiebbar angeordnet.
Eine obere Nadelventil-Begrenzung 50 definiert teilweise
die hintere Nadel-Kammer 44. Obwohl hierin schematisch
dargestellt, wie sie am Ende des Nadelventils 16 angeordnet
ist, wird es geschätzt,
daß, wie
es aus dem Stand der Technik bekannt ist, die hintere Nadel-Kammer 44 über einem Zwischenabschnitt
des Nadelventils angeordnet sein könnte, das eine hintere Nadel-Fläche in Gestalt
eines aufwärts
gewandten Nadelventil-Abschnitts mit vergrößertem Durchmesser aufweist,
der der hinteren Nadel-Kammer 44 so lange ausgesetzt ist,
wie der Brennstoff-Druck in der hinteren Nadel-Kammer 44 das
Nadelventil 16 in eine geschlossene Stellung drängt.
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In
Betrieb bewerkstelligt das Absteuern des Brennstoffs in der Druck-Kammer 23 des
Zylinders 22, das während
der Anfangs-Abwärtsbewegung
des Druckverstärker- Kolbens 14 der
Ausführungsform nach 4 auftritt,
den gleichen Effekt wie die Ausführungsform
nach 3, da der Bereich einer teilweisen Kolben-Bewegung
umgangen wird, wie es vorher beschrieben worden ist. Zusätzlich zu
dieser Umgehungs-Funktion
liefert die Ausführungsform nach 4 eine
indirekte Steuerung des Anhebens des Nadelventils 16. Dies
wird von zwei Tatsachen bewerkstelligt. Erstens verhindert das Absteuern
des Brennstoffs zur hinteren Nadel-Seite ein Anheben des Nadelventils 16,
und der Beginn der Einspritzung wird verzögert. Zweitens fällt der
hintere Nadel-Seiten-Druck auf Vorratstank-Niveau ab, nachdem der Druckverstärker-Kolben 14 die Überkreuzung
des Ansteuer-Durchlasses 40 abgedichtet hat, und das Nadelventil 16 hebt
an, um die Einspritzung zu beginnen. Abhängig von der Auswahl der Größe der Ablauf-Öffnung 48,
können
die Entlastung des Absteuer-Brennstoff-Drucks zum Vorratstank und die Nadel-Anheb-Geschwindigkeit
auf den gewünschten Bereich
gesteuert werden. Der Vorteil einer solchen Steuerung ist, daß es eine
langsame Anfangs-Anhebung des Nadelventils 16 erzeugt,
die eine Raten-Proportionierung durch Drosseln der Anfangs-Geschwindigkeit
der Brennstoff-Einspritzung bewirkt, wie im Bereich A von 4a dargestellt
ist. Eine solche Raten-Proportionierung ist wünschenswert, um die Motoremissionen
zu optimieren und Lärm
zu vermindern.
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Die
Einspritz-Vorrichtung 10 der Ausführungsform nach 4 liefert
folgende Vorteile:
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Es
wird erwartet, daß keine
Haupt-Einspritz-Vorgänge
beginnen, bevor das Absteuern beendet ist. Mit dem Absteuer-Konzept
ist der Vorgang des Brennstoff-Einspritz-Druckausbaus
entweder verzögert
oder verlangsamt sich während
des Absteuerns. Daher wird eine meßbare hydraulische Verzögerung erzeugt,
und der Einspritz-Vorgang kann verzögert werden.
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Eine
vorbestimmte hydraulische Verzögerung
kann in das Einspritz-System eingerichtet werden, um den Beginn
der Einspritzung zu verzögern. Diese
vorbestimmte Verzögerung
wird von der Größe oder
dem Hub der Absteuer-Öffnung
relativ zur Kolben-Bewegung gesteuert.
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Durch
eine korrekte Bemessung der Absteuer-Öffnung treten alle Brennstoff-Abgaben nur auf, nachdem
das Steuerventil einen linearen und stabilen Betrieb der Bewegung
erreicht hat. Alle Brennstoff-Abgaben unter der Bedingung der teilweisen Steuerventil-Bewegung
werden umgangen.
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Die
Verwendung einer Absteuer-Öffnung verringert
die minimale Brennstoff-Abgabemenge bzw.
-Abgabegröße auf eine
vorgewählte
Menge, vorzugsweise 1 mm3. Die kleinste
Vor-Einspritz-Menge wird nicht mehr von der Steuerventil-Leistungsfähigkeit
bestimmt, sie wird von der vorgewählten Absteuer-Fläche bestimmt.
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Der
Knick in der Brennstoff-Abgabe-Kurve wird vollständig eliminiert. Der Motor
arbeitet ausschließlich
im linearen Abschnitt im Gegensatz zu einem Zwei-Zonen-Betrieb (starke Zunahme bzw. hohe
Leistung und nicht linearer Bereich für eine kleine Menge und lineare
schwächere
Zunahme für
eine größere Menge).
Dies zeigt die Verbesserungen des Motor-Betriebs in bezug auf Laufruhe,
Einfachheit und Steuerbarkeit.
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Da
der Brennstoff zur hinteren Nadel-Seite statt an die Umgebung abfließt, wird
eine beträchtliche
Menge des Absteuer-Volumens verringert.
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Das Öffnen des
Nadelventils 16 wird nicht nur durch den Kolben-Boden-Druck,
sondern auch durch den hinteren Nadel-Druck gesteuert, was ein Ergebnis
des Absteuerns ist. Diese Vorgehensweise liefert eine effizientere
Weise, um die Bewegung des Nadelventils zu steuern.
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In
einer Ausführungsform,
die in 5 dargestellt ist (die nicht in den Anwendungsbereich
der vorliegenden Erfindung fällt),
ist ein Steuer-Durchlaß 52 von
vorbestimmter Größe zwischen
der Druck-Kammer 23, die im Zylinder 22 definiert
ist, und der hinteren Nadel-Kammer 44 des Düsen-Gehäuses 34 strömungstechnisch
verbunden. Die hinteren Nadel-Kammer 44 und die Ablauf-Öffnung 48 sind
dabei die gleichen, wie sie in der Ausführungsform nach 4 beschrieben
sind. Die Anordnung der Absteuer-Öffnung 53 am Punkt
der Überkreuzung
des Steuer-Durchlasses 52 mit dem Zylinder 22 ist
derart, daß in
der zurückgezogenen
Stellung nach 5 und vor dem Abwärtshub des
Druckverstärker-Kolbens 14 die
Steuer-Öffnung 53 des
Steuer-Durchlasses 52 vom
Druckverstärker-Kolben 14 abgedichtet
wird. Demgemäß wird während des
Anfangs-Abwärtshubs
des Druckverstärker-Kolbens 14 der
Brennstoff-Druck
in der Druck-Kammer 23 des Zylinders 22 durch
die kompressiven Effekte des Abwärtshubs
des Druckverstärker-Kolbens 14 verstärkt, da
kein Abfließen
auftritt.
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Wenn
der Druckverstärker-Kolben 14 eine Distanz,
die durch die Distanz B angezeigt wird, zu einer Stellung, die angedeutet
in 5 dargestellt ist, heruntergefahren ist, koppelt
ein Strömungs-Durchlaß 56,
der innerhalb des Druckverstärker-Kolbens 14 definiert
ist, den Brennstoff in der Druck-Kammer des Zylinders 22 mit
dem Absteuer-Durchlaß 52 vorübergehend
strömungstechnisch.
Der Strömungs-Durchlaß 56 weist
einen vorbestimmten Durchmesser auf, vorzugsweise von gleicher Größe wie der
Durchlaß 52.
Verbringen des Brennstoffs von der Druck-Kammer 23 zur
hinteren Nadel-Kammer 44 und Entlasten von der hinteren
Nadel-Kammer 44 durch die Ablauf-Öffnung 48 treten
zu diesem Zeitpunkt auf. Die Ausführungsform nach 5 ist
nützlich,
um eine Teil-Einspritzung zu erreichen, wie sie in 9 dargestellt
ist. Wie es dargestellt ist, findet eine Vor-Einspritzung statt,
gefolgt von einer Zeitdauer, während
derer keine Einspritzung erfolgt (wenn der Strömungs-Durchlaß 56 zur
Absteuer-Öffnung 43 hin geöffnet ist),
gefolgt vom Haupt-Einspritz-Vorgang. Um eine solche Teil-Einspritzung
mit der Stand-der-Technik-Einspritz-Vorrichtung nach 8 zu
erreichen, muß der
Kolben zwei Umläufe
durchlaufen, wobei der erste Umlauf die Vor-Einspritzung und der zweite Umlauf den
Haupteinspritzvorgang definiert.
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Mit
der Ausführungsform
nach 5 wird die Teil-Einspritzung passiv ausgelöst. Es wird
kein doppelter Umlauf des Kolbens benötigt. Der Kolben fährt effektiv
von der geschlossenen zur offenen Stellung und wird dort gehalten.
Eine solche Bewegung löst den
Abwärtshub
des Druckverstärker-Kolbens 14 aus.
Der Brennstoff-Druck in der Druck-Kammer 23 des Zylinders 22 beginnt,
sich aufzubauen. Sobald der Brennstoff-Druck ausreichend Kraft auf die Kolben-Fläche 36 ausübt, um die
Vorspannung der Ventil-Feder 38 zu überwinden, öffnet sich das Nadelventil 16 für den Vor-Einspritz-Vorgang. Wenn der
Druckverstärker-Kolben 14 seinen
Abwärtshub
fortsetzt, öffnet
der Strömungs-Durchlaß 56 zur
Steuer-Öffnung 53.
An diesem Punkt bzw. Zu diesem Zeitpunkt strömt Brennstoff vom Zylinder 22 durch
den Strömungs-Durchlaß 56 zum
Steuer-Durchlaß 52 in
die Kammer 44. Die Abnahme des Drucks im Zylinder 22 und
die Zunahme des Drucks in der Kammer 44 bewirken ein Schließen des
Nadelventils 16, so daß die Vor-Einspritzung
beendet wird.
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Das
Nadelventil 16 bleibt für
eine kurze Zeitdauer geschlossen, während der Strömungs-Durchlaß 56 und
die Steuer-Öffnung 53 strömungstechnisch
gekoppelt sind. Dies definiert die Haltezeit zwischen dem Vor-Einspritz-Vorgang
und dem Haupt-Einspritz-Vorgang.
Wenn der Strömungs-Durchlaß 56 unter
die Steuer-Öffnung 53 absinkt,
verschließt
der Druckverstärker-Kolben 14 wieder
den Steuer-Durchlaß 52.
Fortgesetzte Abwärtsbewegung
des Druckverstärker-Kolbens 14 bewirkt, daß der Brennstoff
in der Druck-Kammer 23 erneut zu einem hohen Niveau verdichtet
wird. Sobald der Brennstoff-Druck ausreichend Kraft auf die Nadelventil-Öffnungs-Fläche 36 ausübt, um die
Vorspannung der Ventil-Feder 38 zu überwinden, beginnt das Nadelventil 16 eine
Aufwärtsbewegung,
die von der Geschwindigkeit gesteuert ist, bei der das Nadelventil 16 in
der Lage ist, Brennstoff aus der Kammer 44 durch die Ablauf-Öffnung 48 zur Entlastungs-Öffnung 46 auszustoßen. Der
Druck des Betätigungs-Fluids auf
die Druckverstärker-Kammer 19 oder
Durchlaß-Größen 52, 46 kann
derart angepaßt
werden, daß anstatt
eine Teil-Einspritzung zu liefern, wie sie in 9 dargestellt
ist, der Einspritz-Vorgang Geschwindigkeits-gesteuert wird, wie
es in 4a dargestellt ist, wobei das
Absteuern für
eine solch kurze Zeitdauer auftritt, daß nur eine Abnahme bzw. Delle in
der Geschwindigkeit der Brennstoff-Einspritzung entsteht, wie sie
von Ende der Brennstoff-Einspritzung ausgeprägt wird bzw. verschieden ist,
welche in einer Teil-Einspritzung
auftritt.
-
Die
Ausführungsform
nach 5 liefert die folgenden Vorteile:
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Die
Nadelventil-Bewegung wird während
der Einspritzung durch Drosseln der Anfangsgeschwindigkeit der Brennstoff-Einspritzung
durch ein passives mechanisches Niedrig-Preis-Bauteil passiv gesteuert,
was die Notwendigkeit für
zusätzliche
Befehle an das Steuerventil vermeidet. Keine separate Betätigungs-Steuerung
ist erforderlich, um diese Steuerung zu bewirken.
-
Die
Vor-Einspritz-Menge wird auf ein angestrebtes Volumen von 1–2 mm3/Hub vermindert.
-
Es
ist kein doppelter Kolben-Umlauf erforderlich. Nur ein einfaches
Spiel ist erforderlich, um einen Einspritz-Vorgang zu liefern, der
wie gewünscht entweder
eine Teil-Einspritzung oder eine Raten-Proportionierung enthält. Dieses
Merkmal weist einen besonderen Vorteil für Anwendungen großer Einspritz-Vorrichtungen
auf, bei denen ein großes
Steuerventil verwendet wird. Aufgrund der Erfordernis einer großen Brennstoff-Abgabemenge
würde die
minimale Vor-Einspritz-Größe aufgrund
einer längeren Steuerventil-Bewegungszeit,
einer größeren Öl-Strömungs-Geschwindigkeit
und einer größeren Einspritz-Düsen-Öffnungs-Größe zunehmen.
Wenn zwei Steuerventil-Spiele für
eine Teil-Vor-Einspritzung verwendet würden, wäre die Vor-Einspritz-Größe unannehmbar bzw. inakzeptabel.
Durch Anwendung der Vorgehensweise der vorliegenden Erfindung und
Verwendung einer geeigneten Steuer-Öffnung,
können
kleine Vor-Einspritz-Mengen erreicht werden.
-
Durch
Variation der Steuer-Öffnungs-Gestaltung
können
unterschiedliche Vorhalte-Gestaltungs- bzw. Raten-Proportionierungs-Effekte
erreicht und durch Ausführung
von Motorleistungs- und Emissionstests optimiert werden. Für eine Teil-Einspritzung kann
die Vor-Einspritz-Größe und Haltezeit
ebenfalls gesteuert werden.
-
Schließlich wird
der Spitzen-Haupt-Einspritz-Druck aufgrund des erhöhten Moments
des Druckverstärker-Kolbens 14 als
Ergebnis der Beschleunigung während
des Absteuerns erhöht.
-
In
der Ausführungsform
nach 5 wird eine passive Steuerung des Nadelventils
oder der Sperre durch das Abfließen einer Portion des Einspritz-Vorrichtungs-Drucks
auf eine gesteuerte Weise auf die hintere Nadel-Seite gesteuert,
um auf der Nadelventil-Begrenzung 50 aufzuliegen.
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Obwohl
die Erfindung nach dieser Ausführungsform
mit der Beispiel-Einspritz-Vorrichtung,
die in 7 beschrieben ist, verwendet werden könnte, ergibt
sich, daß die Erfindung
auf jeden Kolben-getriebenen Einspritz-Vorrichtungs-Typ, wie HEUI-
und MEUI-Einspritz-Vorrichtungen, gleichwertig anwendbar ist.
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Die
Ausführungsform
nach 6 kombiniert die Merkmale der Ausführungsformen
nach den 4 und 5. Die Handhabung
bzw. Betrieb der Merkmale entspricht im Wesentlichen der bzw. dem oben
beschriebenen mit Bezug auf die 4 und 5.
Die Ausführungsform
nach 6 liefert die folgenden Vorteile: der Bereich
des Kolben-Teilumlaufs
wird umgangen; kein Kolben-Doppelumlauf ist erforderlich, um Vor-Einspritz- und Haupt-Einspritz-Vorgänge zu liefern,
wobei die Öffnungs-
und Schließbewegungen
des Nadelventils 16 passiv mittels des Fluids in Kammer 44,
gegen das das Nadelventil 16 arbeiten bzw. wirken muß, gesteuert
werden; und Teil-Einspritzung oder Raten-Proportionierung des Einspritz-Vorgangs
werden wie gewünscht durch
passive Einrichtungen geliefert, ohne zusätzliche Steuer-Eingaben an
die Brennstoffeinspritzvorrichtung.
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In
der Ausführungsform
nach 6 ist der Beginn der Brennstoff-Einspritzung relativ
zum Beginn der Druckverstärker-Kolben-Bewegung 14 verzögert, bis
für das
Kolbenventil 39 ausreichend Zeit vergangen ist, um ein
Spiel von der geschlossenen zur offenen Stellung und zurück zur geschlossenen Stellung
zu durchlaufen. Zusätzlich
wird eine passive Steuerung des Nadelventils 16 durch Abfließen einer Portion
des Einspritz-Drucks
in einer gesteuerten Weise zur hinteren Nadel-Kammer 44 des
Nadelventils 16 bereitgestellt bzw. geliefert.
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Wie
in 6 dargestellt, ist ein Absteuer-Durchlaß 40 durch
eine Absteuer-Öffnung 43 mit dem
Zylinder 22 strömungstechnisch
gekoppelt. Der Absteuer-Durchlaß 40 ist
durch den Steuer-Durchlaß 52 mit
der hinteren Nadel-Kammer 44 des Nadelventils 16 strömungstechnisch
verbunden. Die Absteuer-Öffnung 43 ist
unter dem unteren Zylinderkopf 20 angrenzend angeordnet,
um offen zu sein, wenn der Druckverstärker-Kolben 14 in
seiner zurückgezogenen
Stellung angeordnet ist.
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Ferner
ist eine Steuer-Öffnung 53 gestaltet, um
die Hochdruck-Brennstoff-Kammer 23 zu
teilen bzw. zu überkreuzen.
Die Steuer-Öffnung 53 wird vom
Druckverstärker-Kolben 14 abgedichtet,
wenn der Druckverstärker-Kolben 14 in
der zurückgezogenen
Stellung angeordnet ist. Die Steuer-Öffnung 53 ist durch
einen Steuer-Durchlaß 52 mit
der hinteren Nadel-Kammer 44 an der Rückseite des Nadelventils 16 verbunden.
Eine Auslaß-Öffnung 48 verbindet
den Entlastungs-Durchlaß 46 mit
dem Vorratstank 28, wie oben diskutiert worden ist.
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Im
Druckverstärker-Kolben 14 ist
ein Durchlaß 56 durch
seine Unterseiten-Fläche 20 durch
seine Seitenwand 57 geschnitten, der dem Brennstoff erlaubt,
zur hinteren Nadel-Kammer 44 auszufließen, wenn die Steuer-Öffnung 53 und
der Durchlaß 56 in eine
Linie gebracht werden bzw. abgefluchtet sind. Wenn sich der Druckverstärker-Kolben 14 aufwärts zurückzieht
und abwärts
fährt,
wird der Durchlaß 56 alternativ
blockiert, vollständig
mit der Steuer-Öffnung 53 verbunden
oder teilweise mit der Steuer-Öffnung 53 verbunden.
Wenn die Steuer-Öffnung 53 offen
ist (Öffnungsvorgabe),
ist der Prozentsatz der Druckverstärker-Kolben-Bewegung eine Funktion der
Stellung des Druckverstärker-Kolbens 14 und
der Steuer-Öffnungs-Gestaltung.
Durch Variation der Gestaltung von Steuer-Öffnung 53 und Absteuer-Öffnung 43 können unterschiedliche Öffnungsvorgabe erzielt
werden, die in unterschiedlichen Einspritz-Vorrichtungs-Leistungs-Charakteristika
resultieren.
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Die üblichen
Charakteristika in verschiedenen Absteuer-Öffnungsvorgabe-Gestaltungen für dieses
Konzept werden wie folgt erklärt.
Die Absteuer-Öffnung 43 ist
offen, wenn der Druckverstärker-Kolben 14 beginnt,
sich abwärts
zu bewegen, wie es in 6 dargestellt ist. Wegen des
Abfließens nach
Kammer 44 ist der Druck an der Druck-Kammer 23 niedrig,
und keine Einspritzung wird stattfinden. Dies ist die Bypass-Phase bzw. Umgehungs-Phase des
Abfließens.
Wenn sich der Druckverstärker-Kolben 14 abwärts bewegt,
beginnt sich die Absteuer-Öffnung 43 zu
schließen.
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Während des
Schließens
der Absteuer-Öffnung 43 oder
nachdem die Absteuer-Öffnung 43 vollständig geschlossen
ist, was von unterschiedlichen Gestaltungen der Absteuer-Öffnung 43 abhängt, wird die
Einspritzung aufgrund des hohen Drucks in der Druck-Kammer 23 beginnen,
der ein Öffnen
des Nadelventils 16 bewirkt. In diesem Moment wurde der Bereich
der teilweisen Kolben-Bewegung des Steuerventils bereits umgangen.
Sobald die Abgabe des Brennstoffs beginnt (nur eine sehr kleine
Menge Brennstoff wird zu diesem Zeitpunkt eingespritzt), öffnet sich
die Steuer-Öffnung 53, um
Brennstoff zur hinteren Nadel-Kammer 44 abfließen zu lassen.
Ein solcher Hochdruck-Brennstoff bewirkt, daß das Nadelventil 16 abwärts hin
zu einer geschlossenen Stellung gedrängt wird. Dieses Schließen des
Nadelventils 16 resultiert entweder in einem Teil-Einspritz-Vorgang
oder einem Raten-Proportionierung-Vorgang, was von der genauen Gestaltung
der Absteuer-Öffnung 43 abhängig ist.
Wenn sich der Druckverstärker-Kolben 14 weiter
abwärts
bewegt, beginnt sich die Steuer-Öffnung 53 zu
schließen,
und der Druck in der hinteren Nadel-Kammer 44 beginnt abzufallen. Dies
erlaubt dem Nadelventil 16, sich wieder zu öffnen und
seine vollangehobene Stellung einzunehmen. Der Haupt-Einspritz-Vorgang
beginnt.
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Wenn
ein elektronisches Befehls-Signal an das Steuer-(Kolben-)Ventil
gegeben wird, öffnet
das Steuerventil, und das Betätigungs-Fluid
(Öl) fließt in die
Druckverstärker-Betätigungs-Kammer,
um auf den Druckverstärker-Kolben 14 zu
wirken. Der Druckverstärker-Kolben 14 beginnt,
sich abwärts
zu bewegen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Absteuer-Öffnung 43 offen.
Aufgrund des Abfließens
ist der Druck in der Druck-Kammer 23 niedrig,
der Druck über
der hinteren Nadel-Seite 50 ist hoch, das Nadelventil kann
daher nicht anheben, und keine Einspritzung findet statt. Wenn der
Druckverstärker-Kolben 14 sich
weiter abwärts
bewegt, beginnt die Absteuer-Öffnung 43,
sich zu schließen,
der Druck unter dem Druckverstärker-Kolben
in der Druck-Kammer 23 beginnt,
sich aufzubauen, der Druck der hinteren Nadel-Seite 50 beginnt
zu fallen. Wenn der Druck der Düsen-Kammer 32,
der aufwärts
auf das Nadelventil 16 wirkt, hoch genug ist, um die Kraft
der Nadelventil-Feder 38 und die Druckkraft auf der hinteren
Nadel-Seite 50 zu überwinden,
hebt das Nadelventil 16 an, und die Einspritzung beginnt.
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Zu
diesem Zeitpunkt ist der Bereich der teilweisen Steuerventil-Kolben-Bewegung umgangen worden.
Nach einer kleinen Brennstoff-Mengen-Abgabe beginnt sich die Steuer-Öffnung 53 zu öffnen, wenn
sich der Druckverstärker-Kolben 14 weiter
abwärts
bewegt. Eine Menge an Brennstoff in der Hochdruck-Kammer 23 fließt durch
die Steuer-Öffnung 53 zur
hinteren Nadel-Kammer 44. Zu diesem Zeitpunkt fällt der
Düsen-Kammer-Druck
aufgrund des Brennstoff-Abfließens,
und gleichzeitig steigt der Druck an der hinteren Nadel-Seite 50.
Dies verhindert ein weiteres Anheben des Nadelventils 16 oder
bewirkt sogar ein Schließen
des Nadelventils 16, was abhängig von verschiedenen Gestaltungen
der Steuer-Öffnung 53 und
Motor-Betriebszuständen
bzw. Motor-Betriebsbedingungen ist. Während der Periode des Abfließens über die
Steuer-Öffnung 53 kann
eine Raten-Proportionierung oder Teil-Einspritzung erreicht werden.
Wenn der Druckverstärker-Kolben 14 sich weiter
abwärts
bewegt, schließt
sich die Absteuer-Öffnung 43 fortschreitend.
Der Düsen-Kammer-Druck
baut sich wieder auf, der Druck an der hinteren Nadel-Seite 50 fällt ab,
wenn sich der Brennstoff durch die Ablauf-Öffnung 48 entlastet,
und der Haupt-Einspritz-Vorgang beginnt. Es sollte angemerkt werden,
daß wegen
des Abfließens
durch Steuer-Öffnung 53 der
Druck an der Druck-Kammer 23 erniedrigt ist. Dies resultiert
in einer Abwärts-Bewegung
des Druckverstärker-Kolbens 14 mit
einer schnelleren Geschwindigkeit. Dieser erhöhte Impuls des Druckverstärker-Kolbens
resultiert in höherem Spitzen-Brennstoff-Einspritz-Druck.
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Am
Ende des Einspritz-Vorgangs wird ein elektronisches Signal zum Steuer-Kolbenventil gesendet,
und das Steuerventil schließt.
Als eine Folge fällt
der Druck an der Druckverstärker-Kammer 23 und
der Druckverstärker-Kolben 14 beginnt,
sich aufwärts
zu seiner Ausgangsstellung zurückzuziehen, wie
es in 6 dargestellt ist. Der Düsen-Kammer-Druck fällt ebenfalls,
und das Nadelventil 16 wird von der Kraft der Nadelfeder 38 geschlossen.
Brennstoff füllt
die Druck-Kammer 23 durch ein Absperr-Ventil 26 (siehe 3)
und die hintere Nadel-Kammer 44 durch die Ablauf-Öffnung 48.
Wenn ein anderes Signal zum Steuer-Kolbenventil gesendet wird, wird
ein neuer Einspritz-Vorgang starten.
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Wie
oben beschrieben worden ist, stellt die Brennstoffeinspritzvorrichtung
der vorliegenden Erfindung eine Zahl von Vorteilen bereit, von denen
einige oben beschrieben worden sind und andere, die der Erfindung
zu eigen sind. Es wird von Fachleuten in Anbetracht der Beschreibung
der Erfindung erkannt, daß viele
Alternativen, Modifikationen und Variationen innerhalb der Erfindung
gemacht werden können,
ohne von den darin enthaltenen Lehren abzuweichen. Demgemäß sollte
die Erfindung nicht begrenzt sein, außer in Übereinstimmung mit dem Anwendungsbereich
der beigefügten
Ansprüche.