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Dokumentenidentifikation DE19936817A1 24.02.2000
Titel Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit druckregulierter Düsenanordnung mit eingeschlossenem Volumen
Anmelder Caterpillar Inc., Peoria, Ill., US
Erfinder Youakim, Mike, Milwaukee, Wis., US
Vertreter Wagner, K., Dipl.-Ing.; Geyer, U., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 05.08.1999
DE-Aktenzeichen 19936817
Offenlegungstag 24.02.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.02.2000
IPC-Hauptklasse F02M 57/02
IPC-Nebenklasse F02M 47/06   
Zusammenfassung Eine Brennstoffeinspritzvorrichtung weist einen Einspritzvorrichtungskörper auf, der einen Niederdruckraum definiert, ein eingeschlossenes Volumen, und eine Brennstoffdruckkammer in Strömungsmittelverbindung mit einem Düsenauslaß. Ein Nadelventilglied ist in dem Einspritzvorrichtungskörper positioniert und ist beweglich zwischen einer Einspritzposition, in der die Brennstoffdruckkammer zum Düsenauslaß hin offen ist, und einer geschlossenen Position, in der der Düsenauslaß zur Brennstoffdruckkammer abgeblockt wird. Das Nadelventilglied weist eine hydraulische Hubfläche auf, die dem Strömungsmitteldruck in der Brennstoffdruckkammer ausgesetzt ist, und eine hydraulische Verschlußfläche, die dem Strömungsmitteldruck in dem eingeschlossenen Volumen ausgesetzt ist. Zumindest das Nadelventilglied und/oder der Einspritzvorrichtungskörper definieren einen Druckentlastungsdurchlaß, der sich zwischen dem eingeschlossenen Volumen und dem Niederdruckraum erstreckt. Ein Druckregulierungsventil ist in dem Druckentlastungsdurchlaß positioniert und besitzt ein Regulierungsventilglied, welches in eine offene Position bewegbar ist, wenn der Strömungsmitteldruck in dem eingeschlossenen Volumen über einem Aufspringdruck ist.

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Brennstoffeinspritzvorrichtungen und insbesondere auf Düsenanordnungen für Brennstoffeinspritzvorrichtungen, die ein eingeschlossenes Volumen über dem Nadelventilglied einsetzen.

Technischer Hintergrund

Bei vielen Brennstoffeinspritzvorrichtungen wird ein einfaches ferdervorgespanntes Nadelrückschlagelement verwendet, um den Düsenauslaß zu öffnen und zu schließen. Das Nadelventilglied weist typischerweise zumindest eine hydraulische Hubfläche auf, auf die Brennstoffdruck wirkt. Eine Druckfeder ist positioniert, um die Nadel zu ihrer geschlossenen Position hin vorzuspannen. Wenn der Brennstoffdruck über einem Ventilöffnungsdruck ansteigt, der ausreicht, um die Feder zu überwinden, hebt das Nadelventilglied sich, um den Düsenauslaß zu öffnen, um ein Einspritzereignis zu beginnen. Jedes Einspritzereignis endet, wenn der Brennstoffdruck unter einen notwendigen Druck fällt, um das Nadelventil gegen die Wirkung der Vorspannfeder offen zu halten. Wenn dies auftritt, drückt die Feder das Nadelventilglied nach unten in seine geschlossenen Position, um das Einspritzereignis zu beenden.

Eine Verbesserung des einfachen Federvorspannnadelrückschlagelementes wird im US-Patent 5,429,309 von Stockner beschrieben, dessen Verbesserung besser bekannt ist als Düse mit eingeschlossenem Volumen. Bei einer typischen Brennstoffeinspritzvorrichtung, die eine Düse mit eingeschlossenem Volumen einsetzt, sind die Druckvorspannfeder und ein Ende des Nadelventilgliedes in einem Raum mit geschlossenem Volumen positioniert. Während eines Einspritzereignisses wandert Hochdruckbrennstoff an der Außenoberfläche des Nadelventilgliedes in das eingeschlossene Volumen nach oben. Zusätzlich wird die Bewegung von einem Ende des Nadelventilgliedes in das eingeschlossene Volumen den Brennstoff darin zusammendrücken. Beide dieser Phänomene steigern den Druck im eingeschlossenen Volumen auf relativ hohe Drücke, die manchmal über 20 MPa liegen. Der Zweck des eingeschlossenen Volumens ist es, die Geschwindigkeit zu steigern, mit der sich das Nadelventilglied zu seiner geschlossenen Position hin am Ende eines Einspritzereignisses bewegt. Dem Fachmann wird klar sein, daß es in den meisten Fällen wünschenswert ist, ein Einspritzereignis so schnell wie möglich enden zu lassen, um unerwünschte Geräusche zu verringern und Emissionen des Motors zu verbessern. Die Düse mit eingeschlossenem Volumen erreicht dieses Ziel, indem das Nadelventilglied zu seiner geschlossenen Position hin am Ende eines Einspritzereignisses gedrückt wird, und zwar nicht nur durch die Kraft der Vorspannfeder, sondern auch durch eine Hydraulikkraft aufgrund des aufgebauten Druckes in dem eingeschlossenen Volumen, welches auf ein Ende des Nadelventilgliedes wirkt.

Obwohl das Konzept einer Düse mit eingeschlossenem Volumen sich als geeignet bei der Beschleunigung der Verschlußrate des Nadelventilgliedes erwiesen hat, sind einige unerwünschte Nebeneffekte beobachtet worden. In manchen Fällen kann der relativ hohe Druck, der sich in dem eingeschlossenen Volumen während eines Einspritzereignisses entwickelt, nicht auf einen relativ niedrigen Druck zwischen den Einspritzereignissen abfallen. Dies hat den Effekt, den Ventilöffnungsdruck für ein darauf folgendes Einspritzereignis anzuheben, da das Nadelventilglied durch den Hydraulikdruck zusätzlich zur Kraft der Druckvorspannfeder geschlossen gehalten wird. Während die Fähigkeit, einen variablen Ventilöffnungsdruck zu haben in manchen Fällen wünschenswert sein kann, können sich manchmal Vorhersagbarkeitsprobleme entwickeln, und zwar wegen dem unterschiedlichen Verhalten der einzelnen Einspritzvorrichtungen, und eine Fehlfunktion kann manchmal auftreten, wenn die Einspritzvorrichtung schnell von einem Nennbetriebszustand auf einen Leerlaufbetriebszustand abfällt. In manchen Fällen kann eine Verriegelung der Einspritzvorrichtung auftreten, und zwar in jenen Fällen, wo die Brennstoffdrücke bei den Leerlaufzuständen beträchtlich niedriger sind als bei einem Nenn- bzw. Leistungszustand. In manchen Fällen kann ein Ventilöffnungsdruck für die Einspritzvorrichtung zu hoch werden, wenn die Einspritzvorrichtung von einem Nennbetriebszustand bzw. Leistungsbetriebszustand auf einen Leerlaufbetriebszustand abfällt. Wenn dies auftritt, ist der Leerlaufeinspritzdruck zu gering, um das Nadelventilglied in seine offene Position zu heben, es tritt keine Einspritzung auf, und der Motor hört auf zu arbeiten. Zusätzlich können die hohen Drücke im eingeschlossenen Volumen bewirken, daß das Nadelventilglied so schnell schließt, daß die Düsenspitze der Einspritzvorrichtung beschädigt wird.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, diese und andere Probleme zu überwinden, die mit den Brennstoffeinspritzvorrichtungen assoziiert sind, die die Düsentechnologie mit eingeschlossenem Volumen einsetzen.

Offenbarung der Erfindung

Eine Brennstoffeinspritzvorrichtung weist einen Einspritzvorrichtungskörper auf, der einen Niederdruckraum definiert, ein eingeschlossenes Volumen und eine Brennstoffdruckkammer in Strömungsmittelverbindung mit einem Düsenauslaß. Ein Nadelventilglied ist in dem Einspritzvorrichtungskörper positioniert und ist beweglich zwischen einer Einspritzposition, in der die Brennstoffdruckkammer zum Düsenauslaß hin offen ist, und einer geschlossenen Position, in der der Düsenauslaß zur Brennstoffdruckkammer hin geschlossen ist. Das Nadelventilglied weist eine hydraulische Hubfläche auf, die dem Strömungsmitteldruck in der Brennstoffdruckkammer ausgesetzt ist, und eine hydraulische Verschlußfläche, die dem Strömungsmitteldruck in dem eingeschlossenen Volumen ausgesetzt ist. Zumindest ein Teil des Nadelventilgliedes und des Einspritzvorrichtungskörpers definiert einen Druckentlastungsdurchlaß, der sich zwischen dem eingeschlossenen Volumen und dem Niederdruckraum erstreckt. Ein Druckregulierungsventil, welches in dem Druckentlastungsdurchlaß positioniert ist, hat ein Regulierungsventilglied, welches in eine offene Position bewegbar ist, wenn der Strömungsmitteldruck in dem eingeschlossenen Volumen über einem Aufspringdruck ist.

In einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine erste Druckfeder betriebsmäßig in dem eingeschlossenem Volumen positioniert, um das Nadelventilglied zu seiner geschlossenen Position hin vorzuspannen. Eine zweite Vorspannfeder ist betriebsmäßig außerhalb des eingeschlossenen Volumens positioniert, um das Regulierungsventilglied zu seiner geschlossenen Position hin vorzuspannen. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel weist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung einen Einspritzvorrichtungskörper auf, der ein eingeschlossenes Volumen definiert, und eine Brennstoffdruckkammer, die in Strömungsmittelverbindung mit einem Düsenauslaß ist. Ein Nadelventilglied ist in dem Einspritzvorrichtungskörper positioniert und ist beweglich zwischen einer Einspritzposition, in der die Brennstoffdruckkammer offen zum Düsenauslaß ist, und einer geschlossenen Position, in der der Düsenauslaß zur Brennstoffdruckkammer hin abgeblockt ist. Das Nadelventilglied weist eine hydraulische Hubfläche auf, die dem Strömungsmitteldruck in der Brennstoffdruckkammer ausgesetzt ist, und eine hydraulische Verschlußfläche, die dem Strömungsmitteldruck in dem eingeschlossenen Volumen ausgesetzt ist. Das Nadelventilglied ist zu seiner Einspritzposition hin beweglich, wenn der Brennstoffdruck in der Brennstoffdruckkammer über einem Ventilöffnungsdruck ist. Schließlich weist die Brennstoffeinspritzvorrichtung Mittel auf, um den Ventilöffnungsdruck zu variieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene diagrammartige Vorderansicht einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine vergrößerte diagrammartige Teilvorderansicht einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine Kurvendarstellung des Druckes gegenüber dem Betriebszustand, die verwendet wird, um verschiedene Merkmale der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Mit Bezug auf Fig. 1 weist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 10 einen Einspritzvorrichtungskörper 11 auf, der aus einer Vielzahl von bearbeiteten Komponenten aufgebaut ist, die aneinander in einer in der Technik wohlbekannten Weise angebracht sind. Der Einspritzvorrichtungskörper 11 definiert eine Brennstoffdruckkammer 20 in Strömungsmittelverbindung mit einem Düsenauslaß 14 über einen Düsenversorgungsdurchlaß 12 und eine Düsenkammer 13. Die Brennstoffdruckkammer 20 wird durch einen Teil der Stößelbohrung 23 und ein Ende eines Stößels 24 definiert. Brennstoff wird unter Druck gesetzt, wenn der Stößel 24 durch gewisse geeignete Mittel nach unten getrieben wird, wie beispielsweise durch eine Nocken/Mitnehmer-Anordnung oder einen hydraulisch getriebenen Kolben.

In jedem Fall wird der Fachmann erkennen, daß die Einspritzdrücke im allgemeinen über den Betriebsbereich der jeweiligen Einspritzvorrichtung variieren werden. Beispielsweise sind die Einspritzdrücke bei Leerlaufzuständen im allgemeinen wesentlich geringer als die Einspritzdrücke bei Nenn- bzw. Leistungszuständen.

Zwischen den Einspritzereignissen zieht sich der Stößel 24 zurück und zieht frischen Brennstoff in die Brennstoffdruckkammer 20. Dieser Brennstoff tritt in den Einspritzvorrichtungskörper 11 beim Brennstoffeinlaß 16 ein, läuft entlang des Niederdruckbrennstoffversorgungsdurchlasses 15 in den Brennstoffversorgungsdurchlaß 17, über das Rückschlagventil 18 und in die Brennstoffdruckkammer 20. Das Rückschlagventil 18 verhindert den umgekehrten Fluß des Brennstoffes, wenn der Stößel 24 seinen Abwärtspumphub während eines Einspritzereignisses ausführt.

Wie bei einer typischen Brennstoffeinspritzvorrichtung ist ein Nadelventilglied 30 im Einspritzvorrichtungskörper 11 positioniert und ist beweglich zwischen einer Einspritzposition, in der der Düsenauslaß 14 offen ist, und einer geschlossenen Position wie gezeigt, in der der Düsenauslaß 14 zur Düsenkammer 13 hin abgeblockt ist. Das Nadelventilglied 30 weist einen Nadelteil 31 auf, einen Führungsteil 32, einen Beabstandungsteil 33 und einen Stiftstoppteil 34. Das Nadelventilglied 30 wird in seiner Auf- und Abbewegung durch das relativ kleine Spiel zwischen dem Führungsteil 32 und der Führungsbohrung 22 geführt. Das Nadelventilglied 30 ist normalerweise zu seiner abwärts gerichteten geschlossenen Position durch eine Druckfeder 39 vorgespannt, die innerhalb eines eingeschlossenen Volumens 21 positioniert ist.

Das relativ kleine Spielgebiet zwischen dem Führungsteil 32 und der Führungsbohrung 22 isoliert im wesentlichen das eingeschlossene Volumen 21 von der Düsenkammer 13. Trotzdem wandert während der Einspritzereignisse ein Teil des Strömungsmitteldruckes nach oben in der Führungsbohrung 22, wenn der Druck in der Düsenkammer 13 relativ hoch ist, um den Druck innerhalb des eingeschlossenen Volumens 21 anzuheben. Somit ist zu jeder Zeit die Gesamtkraft, die dazu tendiert, das Nadelventilglied 30 zu seiner unteren geschlossenen Position hin zu drücken, die Summe der Federkraft, die durch die Vorspannfeder 39 erzeugt wird, und der hydraulischen Kraft, die durch den Strömungsmitteldruck im eingeschlossenen Volumen 21 erzeugt wird, welches auf die hydraulische Verschlußfläche 36 wirkt. Um das Nadelventilglied zu öffnen, muß diese Verschlußkraft durch eine nach oben gerichtete Öffnungskraft überwunden werden, die von dem Hydraulik- Strömungsmitteldruck erzeugt wird, der auf die hydraulischen Hubflächen 35 wirkt, die in der Düsenkammer 13 gelegen sind. Um sich somit in seine offene Position zu bewegen, muß die Hubkraft auf dem Nadelventilglied 30 größer sein als die Verschlußkraft.

Um sicherzustellen, daß das Nadelventilglied 30 immer die Möglichkeit hat sich zu öffnen, wird ein Druckregulierungsventil 50 betriebsmäßig in einem Druckentlastungsdurchlaß 53 positioniert, der sich zwischen dem eingeschlossenen Volumen 21 und dem Niederdruckraum erstreckt, der durch den Niederdruckbrennstoffversorgungsdurchlaß 15 definiert wird. Das Druckregulierungsventil 50 weist ein Kugelventilglied 51 auf, welches zu einer geschlossenen Position hin durch eine Feder 52 vorgespannt wird. Somit ist das Druckregulierungsventil 50 normalerweise geschlossen, es ist jedoch in eine offene Position bewegbar, um den Druck im eingeschlossenen Volumen 21 abzulassen, wenn der Strömungsmitteldruck, der auf das Kugelventilglied 51 wirkt, größer ist als ein Aufspringdruck, der ausreicht, um die Feder 52 zu überwinden. Durch Auswahl einer geeigneten Federfestigkeit bzw. Federrate kann man den Aufspringdruck steuern. Dies stellt sicher, daß die Vorteile einer Düsenanordnung mit eingeschlossenem Volumen erhalten werden können, und stellen doch sicher, daß das Nadelventilglied immer die Möglichkeit hat, sich zu öffnen, auch wenn die Einspritzvorrichtung schnell von einem Nennzustand bzw. Leistungszustand auf einen Leerlauf-Betriebszustand abfällt.

Mit Bezug auf die Fig. 2 wird ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, welches ein Plattenglied 51' als einen Ersatz für das Kugelventilglied des vorherigen Ausführungsbeispiels verwendet. In diesem Fall wird eine Vorspannfeder 39' in einem eingeschlossenen Volumen 21' positioniert, und ist betreibbar um ein Nadelventilglied 30' zu einer geschlossenen Position hin vorzuspannen. Eine zweite Vorspannfeder 52' ist betriebsmäßig positioniert, um das Plattenventilglied 51' gegen einen unteren Sitz 54' vorzuspannen, um den Druckentlastungsdurchlaß 53' zum eingeschlossenen Volumen 21' zu schließen. Genau wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel bleibt das Druckregulierungsventil 50' geschlossen, außer wenn der Druck in dem eingeschlossenen Volumen 21' über einem Aufspringdruck ist, der ausreicht, um die Feder 52' zu überwinden

Industrielle Anwendbarkeit

Im allgemeinen ist die Düsentechnologie mit eingeschlossenem Volumen wünschenswert, da sie die Verschlußrate für das Nadelventilglied 30 zum Ende eines Einspritzereignisses beschleunigt. Dies wird durchgeführt, indem man gestattet, daß sich ein Druck im eingeschlossenen Volumen 21 auf eine Größe aufbaut, die dabei hilft, die Verschlußrate des Nadelventilgliedes 30 zu beschleunigen, Der Fachmann wird erkennen, daß in den meisten Fällen unerwünschte Emissionen gesenkt werden können, indem man für jedes Einspritzereignis ein abruptes Ende vorsieht. Der Druck in dem eingeschlossenen Volumen 21 wird eine Spitze am Ende eines Einspritzereignisses haben, und natürlich in der Düsenkammer 13 entlang der Führungsbohrung 22 zwischen den Einspritzereignissen abnehmen.

Da die Einspritzdrücke bei Leerlauf relativ gering sind, und die Einspritzereignisse selbst um relativ große Intervalle beabstandet sind, kann der Strömungsmitteldruck in dem eingeschlossenen Volumen 21 oftmals vollständig zwischen den Einspritzereignissen abnehmen. Anders gesagt kann der Druck in dem eingeschlossenen Volumen 21 zwischen den Einspritzereignissen im Leerlauf auf ungefähr den abnehmen, der gleich dem Brennstoffdruck ist, der am Einlaß 16 zu sehen ist. Dies wird auf der linken Seite der Fig. 3 veranschaulicht. In einem solchen Fall ist der Ventilöffnungsdruck der Brennstoffeinspritzvorrichtung 10 nahezu vollständig definiert durch die Verschlußfederkraft, die durch die Vorspannfeder 39 erzeugt wird. Bei Nenn- bzw. Leistungszuständen werden die Einspritzdrücke relativ höher und die Zeit zwischen den Einspritzereignissen ist relativ kurz. Unter diesen Umständen erreicht der Druck in dem eingeschlossenen Volumen 21 einen höheren Spitzendruck am Ende einer Einspritzung als beim Leerlauf, und dieser Druck kann nicht vollständig zwischen den Einspritzereignissen abfallen. Das Endergebnis ist, daß der Ventilöffnungsdruck bei Nenn- bzw. Leistungszuständen im allgemeinen beträchtlich höher ist als der bei Leerlaufzuständen, da die kombinierte Verschlußkraft, die von dem hydraulischen Druck erzeugt wird, der auf die hydraulische Verschlußfläche 36 wirkt, und der Kraft der Vorspannfeder 39 erzeugt wird.

Im allgemeinen sind höhere Ventilöffnungsdrücke erwünscht, um die beste Zerstäubung von Brennstoff zu bieten, wenn selbiger anfänglich in einen Brennraum beim Beginn eines Einspritzereignisses eingespritzt wird. Die vorliegende Erfindung bietet Mittel, durch die der Ventilöffnungsdruck für die einzelne Einspritzvorrichtung über ihren Betriebsbereich variiert werden kann, während man gleichzeitig die Möglichkeit hat, die Vorteile der Düsentechnologie mit eingeschlossenem Volumen auszunutzen.

Mit Bezug auf Fig. 3 sind einige der Ventilöffnungsdrucksvorteile der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie beim unteren Teil der Kurvendarstellung zu sehen begrenzt der Aufspringdruck des Druckregulierungsventils 50 den maximalen Druck, der innerhalb des eingeschlossenen Volumens 21 erreichbar ist. In anderen Worten kommt über einen beträchtlichen Teil des Betriebsbereiches der Einspritzvorrichtung das Druckregulierungsventil 50 nicht ins Spiel. Ohne das Druckregulierungsventil wäre der maximale TVN-Druck in stetigem Zustand wesentlich höher als mit der langgestrichelten Linie, die sich von der maximalen TVN-Druckleitung über dem Aufspringdruckniveau erstreckt. In manchen Fällen könnte der maximale TVN-Druck bei Einspritzvorrichtungen des Standes der Technik kombiniert mit dem Vorspannfederdruck so hoch sein, daß er größer ist als die Öffnungskraft, die von dem Einspritzdruck bei Leerlauf oder nahe den Leerlaufzuständen erzeugt wird. Diese Zustände könnten bei Einspritzvorrichtungen des Standes der Technik auftreten, wenn diese bei einem Nennzustand arbeiten und dann schnell auf einen Leerlaufzustand abfallen. In einem solchen Fall kann der Einspritzdruck bei Leerlauf nicht groß genug sein, um sowohl den Restdruck im eingeschlossenen Volumen und den Vorspannfederdruck zu überwinden, und die Einspritzvorrichtung kann keinen Brennstoff einspritzen. Wenn das Druckregulierungsventil der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird der maximale Ventilöffnungsdruck, der auftritt, vorzugsweise geringer gemacht als der Einspritzdruck, der bei Leerlaufzuständen auftritt. In anderen Worten gibt es immer eine ausreichende nach oben wirkende Öffnungskraft bei Leerlaufzuständen, um das Nadelventilglied zu öffnen, da der Druck in dem eingeschlossenen Volumen niemals den Aufspringdruck überschreiten kann.

Immer, wenn sich das Druckregulierungsventil öffnet und Druck aus dem eingeschlossenen Volumen abläßt, fällt der Druck im eingeschlossenen Volumen auf nahe den Niederdruckbrennstoffversorgungsdruck ab. Bis der Druck in dem eingeschlossenen Volumen sich wieder durch darauffolgende Einspritzereignisse aufbaut, wird sich das Nadelventilglied als ein einfaches Rückschlagventil benehmen, und zwar in Übereinstimmung mit den Brennstoffeinspritzvorrichtungen des Standes der Technik, die nicht die Vorteile der Technologie mit eingeschlossenem Volumen haben. Somit kann abhängig davon, ob die Einspritzvorrichtung in einer Übergangsperiode oder in einem stetigen Zustand ist, bei irgendeinem gegebenen Betriebszustand der Ventilöffnungsdruck irgendwo zwischen einem Minimum liegen, welches definiert wird, durch die Vorspannfeder 39, und einem Maximum, welches teilweise durch den Aufspringdruck des Druckregulierungsventils definiert wird. Ein Beispiel dieser minimalen und maximalen Ventilöffnungsdrücke ist in Fig. 3 veranschaulicht.

Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Vorteilen bezüglich der Fähigkeit zum Variieren des Ventilöffnungsdruckes über den Betriebsbereich der Einspritzvorrichtung, während man die Vorteile der Düsentechnologie mit eingeschlossenen Volumen beibehält, hat die vorliegende Erfindung auch die Fähigkeit, eine Schädigung der Düsenspitze zu verhindern, die manchmal auftreten kann. Anders gesagt, da das Druckregulierungsventil der vorliegenden Erfindung dahingehend wirkt, daß es den Druck in dem eingeschlossenen Volumen begrenzt, kann man genau die maximale Geschwindigkeit vorhersagen und steuern, mit der sich das Nadelventilglied bei irgendeinem Betriebszustand schließen wird. Vorzugsweise ist die maximale Geschwindigkeit geringer als jene, die bewirken wird, daß Probleme einer Düsenspitzenbeschädigung auftreten.

Die obige Beschreibung ist nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen und soll nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise einschränken. Beispielsweise wird der Fachmann erkennen, daß das Druckregulierungsventil eine Vielzahl von passiven oder möglicherweise aktiven Formen annehmen kann. Zusätzlich ist der Druckentlastungsdurchlaß in den beispielhaften Ausführungsbeispielen so gezeigt worden, daß er vollständig durch den Einspritzvorrichtungskörper definiert wird, er könnte aber auch teilweise in dem Nadelventilglied selbst vorgesehen werden. Schließlich kann der Ventilöffnungsdruck der Brennstoffeinspritzvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuert werden durch Steuerung des Aufspringdruckes und/oder der Nadelventilvorspannfeder. Somit wird der Fachmann erkennen, daß die vorliegende Erfindung beträchtlich gegenüber den offenbarten Ausführungsbeispielen modifiziert werden kann, ohne vom beabsichtigten Umfang der Erfindung abzuweichen, der bezüglich der unten dargelegten Ansprüche definiert wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Brennstoffeinspritzvorrichtung, die folgendes aufweist:

    einen Einspritzvorrichtungskörper, der einen Niederdruckraum definiert, ein eingeschlossenes Volumen und eine Brennstoffdruckkammer in Strömungsmittelverbindung mit einem Düsenauslaß;

    ein Nadelventilglied, welches in dem Einspritzvorrichtungskörper positioniert ist und beweglich ist zwischen einer Einspritzposition, in der die Brennstoffdruckkammer zum Düsenauslaß hin offen ist, und einer geschlossenen Position, in der der Düsenauslaß zur Brennstoffdruckkammer hin abgeblockt ist;

    wobei das Nadelventilglied eine hydraulische Hubfläche aufweist, die dem Strömungsmitteldruck in der Brennstoffdruckkammer ausgesetzt ist, und eine hydraulische Verschlußfläche, die dem Strömungsmitteldruck in dem eingeschlossenen Volumen ausgesetzt ist;

    wobei das Nadelventilglied und/oder der Einspritzvorrichtungskörper einen Druckentlastungsdurchlaß definieren, der sich zwischen dem eingeschlossenen Volumen und dem Niederdruckraum erstreckt; und

    ein Druckregulierungsventil, welches in dem Druckentlastungsdurchlaß positioniert ist und ein Regulierungsventil hat, welches in eine offene Position bewegbar ist, wenn der Strömungsmitteldruck in dem eingeschlossenen Volumen über einem Aufspringdruck ist.
  2. 2. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Druckregulierungsventil eine Vorspannfeder aufweist, die betriebsmäßig außerhalb des eingeschlossenen Volumens positioniert ist, um das Regulierungsventilglied zu einer geschlossenen Position hin vorzuspannen.
  3. 3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Regulierungsventilglied sich zu dem eingeschlossenen Volumen hin bewegt, wenn es sich von der offenen Position zur geschlossenen Position bewegt.
  4. 4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Druckregulierungsventil eine Kugel ist.
  5. 5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Druckregulierungsventil eine Platte ist.
  6. 6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, die einen Betriebsbereich zwischen einem Leerlaufbetriebszustand und einem Nenn- bzw. Leistungsbetriebszustand hat; und

    wobei das Druckregulierungsventil einen maximalen Druck in dem eingeschlossenen Volumen über einen Teil des Betriebsbereiches begrenzt.
  7. 7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, die weiter eine Vorspannfeder aufweist, die betriebsmäßig positioniert ist, um das Nadelventilglied zu der geschlossenen Position hin mit einer Federkraft vorzuspannen;

    wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung einen Leerlaufzustand hat, bei dem Brennstoff mit einem Leerlaufdruck eingespritzt wird, der eine Leerlauföffnungskraft definiert, die auf die hydraulische Hubfläche des Nadelventilgliedes wirkt;

    wobei der Strömungsmitteldruck in dem eingeschlossenen Volumen eine Verschlußdruckkraft definiert, die auf die hydraulische Verschlußfläche des Nadelventilgliedes wirkt; und

    wobei die Leerlauföffnungskraft größer ist als die Verschlußdruckkraft plus der Federkraft.
  8. 8. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Nadelventilöffnungsdruck teilweise durch den Strömungsmitteldruck in dem eingeschlossenen Volumen; und Mittel zum Variieren des Strömungsmitteldruckes definiert wird.
  9. 9. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, die weiter eine Druckfeder aufweist, die betriebsmäßig in dem eingeschlossenen Volumen positioniert ist, um das Nadelventilglied zu der geschlossenen Position hin vorzuspannen.
  10. 10. Brennstoffeinspritzvorrichtung, die folgendes aufweist:

    einen Einspritzvorrichtungskörper, der einen Niederdruckraum definiert, ein eingeschlossenes Volumen und eine Brennstoffdruckkammer in Strömungsmittelverbindung mit einem Düsenauslaß;

    ein Nadelventilglied, welches in dem Einspritzvorrichtungskörper positioniert ist und beweglich ist zwischen einer Einspritzposition, in der die Brennstoffdruckkammer zum Düsenauslaß hin offen ist, und einer geschlossenen Position, in der der Düsenauslaß zur Brennstoffdruckkammer hin abgeblockt ist;

    wobei das Nadelventilglied eine hydraulische Hubfläche aufweist, die dem Strömungsmitteldruck in der Brennstoffdruckkammer ausgesetzt ist, und eine hydraulische Verschlußfläche, die dem Strömungsmitteldruck in dem eingeschlossenen Volumen ausgesetzt ist;

    wobei der Einspritzvorrichtungskörper und/oder das Nadelventilglied einen Druckentlastungsdurchlaß definieren, der sich zwischen dem eingeschlossenen Volumen und dem Niederdruckraum erstreckt;

    eine Druckfeder, die betriebsmäßig in dem eingeschlossenen Volumen positioniert ist, um das Nadelventilglied zu der geschlossenen Position hin vorzuspannen; und

    ein Druckregulierungsventil, welches in dem Druckentlastungsdurchlaß positioniert ist und ein Regulierungsventilglied hat, welches in eine offene Position bewegbar ist, wenn der Strömungsmitteldruck in dem eingeschlossenen Volumen über einem Aufspringdruck ist, und welches weiter eine Vorspannfeder hat, die betriebsmäßig außerhalb des geschlossenen Volumens positioniert ist, um das eingeschlossene Regulierungsventilglied zu einer geschlossenen Position hin vorzuspannen.
  11. 11. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Regulierungsventilglied sich zu dem eingeschlossenen Volumen hin bewegt, wenn es sich aus der offenen Position in die geschlossene Position bewegt.
  12. 12. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Druckregulierungsventil einen maximalen Druck in dem eingeschlossenen Volumen begrenzt.
  13. 13. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Vorspannfeder, die betriebsmäßig positioniert ist, um das Nadelventilglied zu der geschlossenen Position hin vorzuspannen, eine Federkraft aufweist;

    wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung einen Leerlaufzustand hat, in dem Brennstoff bei einem Leerlaufdruck eingespritzt wird, der eine Leerlauföffnungskraft definiert, die auf die hydraulische Hubfläche des Nadelventilgliedes wirkt;

    wobei der Strömungsmitteldruck in dem eingeschlossenen Volumen eine Verschlußdruckkraft definiert, die auf die hydraulische Verschlußfläche des Nadelventilgliedes wirkt; und

    wobei die Leerlauföffnungskraft größer ist als die Verschlußdruckkraft plus der Federkraft.
  14. 14. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 13, wobei ein maximaler Strömungsmitteldruck in stetigem Zustand in dem eingeschlossenen Volumen beim Leerlaufzustand geringer ist als ein maximaler Strömungsmitteldruck im stetigen Zustand bei dem erwähnten Nenn- bzw. Leistungszustand.
  15. 15. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 14, wo bei das Regulierungsventilglied eine Kugel ist.
  16. 16. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Regulierungsventilglied eine Platte ist.
  17. 17. Brennstoffeinspritzvorrichtung, die folgendes aufweist:

    einen Einspritzvorrichtungskörper, der ein eingeschlossenes Volumen und eine Brennstoffdruckkammer definiert, die in Strömungsmittelverbindung mit einem Düsenauslaß ist;

    ein Nadelventilglied, welches in dem Einspritzvorrichtungskörper positioniert ist und beweglich ist zwischen einer Einspritzposition, in der die Brennstoffdruckkammer zum Düsenauslaß hin offen ist, und einer geschlossenen Position, in der der Düsenauslaß zur Brennstoffdruckkammer hin abgeblockt ist;

    wobei daß Nadelventilglied eine hydraulische Hubfläche aufweist, die dem Strömungsmitteldruck in der Brennstoffdruckkammer ausgesetzt ist, und eine hydraulische Verschlußfläche, die dem Strömungsmitteldruck in dem eingeschlossenen Volumen ausgesetzt ist;

    wobei das Nadelventilglied zu der Einspritzposition hin bewegbar ist, wenn der Brennstoffdruck in der Brennstoffdruckkammer über einem Ventilöffnungsdruck ist; und

    Mittel zum Variieren des Ventilöffnungsdruckes.
  18. 18. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Mittel zum Variieren des Ventilöffnungsdruckes Mittel zum Variieren des Strömungsmitteldruckes in dem eingeschlossenen Volumen aufweisen.
  19. 19. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 18, die weiter eine Vorspannfeder aufweist, die betriebsmäßig positioniert ist, um das Nadelventilglied zur geschlossenen Position hin mit einer Federkraft vorzuspannen;

    wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung einen Leerlaufzustand hat, bei dem Brennstoff mit einem Leerlaufdruck eingespritzt wird, der eine Leerlauföffnungskraft definiert, die auf die hydraulische Hubfläche des Nadelventilgliedes wirkt;

    wobei der Brennstoffdruck in dem eingeschlossenen Volumen eine Verschlußdruckkraft definiert, die auf die hydraulische Verschlußfläche des Nadelventilgliedes wirkt; und

    wobei die Leerlauföffnungskraft größer ist als die Verschlußdruckkraft plus der Federkraft.
  20. 20. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Mittel zum Variieren des Ventilöffnungsdruckes ein Druckregulierungsventil aufweisen, welches betriebsmäßig in dem Einspritzvorrichtungskörper positioniert ist, um einen maximalen Druck in dem eingeschlossenen Volumen zu begrenzen.






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