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Dokumentenidentifikation DE60213149T2 12.07.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001247975
Titel Brennstoffeinspritzventil mit einem frei beweglichen Kolben
Anmelder Caterpillar Inc., Peoria, Ill., US
Erfinder Bredesen, c/o Caterpillar Inc., Matthew A., Peoria, Illinois 61629-6490, US;
Coldren, c/o Caterpillar Inc., Dana R., Peoria, Illinois 61629-6490, US;
Streicher, c/o Caterpillar Inc., James J., Peoria, Illinois 61629-6490, US
Vertreter WAGNER & GEYER Partnerschaft Patent- und Rechtsanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60213149
Vertragsstaaten DE, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 28.01.2002
EP-Aktenzeichen 020018719
EP-Offenlegungsdatum 09.10.2002
EP date of grant 19.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.07.2007
IPC-Hauptklasse F02M 57/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F02M 59/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Pumpen von Strömungsmittel und insbesondere auf Brennstoffeinspritzvorrichtungen, die einen frei schwimmenden Stößel aufweisen, der von dem Sitz über einem Teil seiner Bewegung entkoppelt werden kann.

Hintergrund

Herkömmliche mechanisch betätigte Brennstoffeinspritzvorrichtungen weisen eine Mitnehmeranordnung mit einem Stößel und einem Mitnehmer auf, die mechanisch miteinander gekoppelt sind. Ein Beispiel einer solchen Tappet- bzw. Mitnehmeranordnung wird gelehrt in US-A-4 531 672. Diese Schrift lehrt einen Mitnehmer und einen Stößel, die mechanisch durch eine Feder gekoppelt sind, was somit gestattet, dass der Stößel mit dem Mitnehmer unter der Wirkung einer Mitnehmerfeder am Ende eines Einspritzereignisses zurückgezogen wird. Während die Leistung von Mitnehmeranordnungen akzeptabel gewesen ist, haben Probleme, die mit Fressen und Grübchenbildung am Stößel assoziiert sind, genauso wie Kavitation, die Ingenieure zur Suche nach Verbesserungen veranlasst. Wenn beispielsweise ein Stößel oder ein Mitnehmer in seiner Führungsbohrung fehlausgerichtet ist, kann die Außenfläche der Komponente abgenutzt werden. Schließlich kann diese Grübchenbildung zu einem Versagen des Stößels führen. Zusätzlich wird im Fall eines Fressens eines Stößels in einer Mitnehmeranordnung, wie dies in US-A-4 531 672 gelehrt wird, verhindert, dass die Mitnehmerfeder sich ausdehnt, was eine Trennung zwischen den Ventilstrangkomponenten gestatten wird und einen größeren Schaden am Ventilstrang und am Motor verursachen kann. Weiterhin wird bei Brennstoffeinspritzvorrichtungen, die die Mitnehmeranordnungskonstruktion verwenden, die in US-A-4 531 672 gelehrt wird, der Stößel durch die Aufwärtsbewegung der Mitnehmerfeder zurückgezogen, wenn der Kipphebel sich nach oben bewegt und den abwärts gerichteten Druck freigibt, der auf den Mitnehmer ausgeübt wird. Wenn Brennstoff nicht in die Brennstoffdruckkammer so schnell zurücklaufen kann, wie sich der Stößel zurückzieht, können die Brennstoffdurchlässe frei von Druck werden. Dies kann Kavitationsblasen erzeugen, die die verschiedenen Oberflächen des Einspritzvorrichtungskörpers und der Brennstoffdurchlässe abnutzen können, wenn sie zusammenfallen. Probleme, die durch Kavitationserosion hervorgerufen werden, können eine beträchtliche Quelle von Abnutzung und Versagensfällen in Brennstoffsystemen sein.

EP-A-0 683 314 offenbart einen abnutzungs- und fressbeständigen Zeitsteuerstößel für eine Zeitsteueranordnung in einer Brennstoffeinspritzvorrichtung (10) für einen Verbrennungsmotor. Der Zeitsteuerstößel wird aus einer Keramik mit hoher thermischer Expansion mit einem thermischen Expansionskoeffizienten von mehr als 6 × 10–6/°C und einer Härte von mehr als 800 kg/mm2 geformt, was ein erwünschtes Durchmesserspiel und eine effiziente Funktion des Stößels aufrecht erhält, und zwar ohne Fressen oder Hängen unter den axialen Belastungen, tangentialen Belastungen und Druckbelastungen, die in der Betriebsumgebung der Brennstoffeinspritzvorrichtung angetroffen werden. Bevorzugte Keramiken mit hoher thermischer Expansion sind Zirkonoxyd, Aluminiumoxyd-Zirkonoxyd und Aluminiumoxyd.

US-A-5 533 672 offenbart eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit geschlossener Düse, eine Einspritzzeitsteuerkammer und eine Einspritzkammer und ein Zumessstößel/Ventil, welches sich in einer Bohrung dazwischen bewegt. Ein Durchlass von der Einspritzkammer zu den Einspritzsprühdurchlässen wird von einem Nadelventil geschlossen. Ein Kolbennapf sitzt auf einem Ende der Nadelventilverschlussfeder, wobei das andere, welches auf dem Nadelzeitsteuerüberlaufdurchlassweg aufgesetzt ist, durch einen Zumessstößel geöffnet wird und Brennstoff von der Einspritzvorrichtungszeitsteuerkammer überlaufen lässt, um einen Einspritznadelventilfederbelastungskolben weg von einer Ruheposition zum Federsitz auf dem Ventil zu treiben und eine zusätzliche Kraft auf die Ventilverschlussfeder am Ende der Einspritzung aufzubringen. In einem Ausführungsbeispiel hat ein Durchlassweg von dem Raum über dem Federbelastungskolben zu einer Ablaufleitung eine Zumessöffnung darin, um einen Druck auf dem Kolben aufrecht zu erhalten, um das Ventil lang genug geschlossen zu halten, dass der Verbrennungsdruck im Zylinder vor der Rückkehr des Federsitzkolbens in die ursprüngliche Ruheposition abfällt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Ringventil anstatt dem mit Zumessöffnung versehenen Durchlassweg verwendet, um die Überlaufrate zu steuern und dadurch den Druck für die benötigte Dauer aufrecht zu erhalten. In beiden Ausführungsbeispielen wird der Weg des Kolbens in einer Federbelastungsrichtung durch eine Anlageschulter begrenzt, um die gesamte maximale Verschlusskraft des Nadelventils auf dem Ventilsitz zu begrenzen. Andere Ausführungsbeispiele entlüften positiv die Einspritzvorrichtungskammer durch einen eingeschränkten Durchlassweg, um während der Zeitsteuerung einen Brennstoffüberlauf ablaufen zu lassen, und zwar zur Dekompression des Einspritzbrennstoffes in der Einspritzvorrichtung am Ende der Einspritzung.

US-A-6 029 902 offenbart eine Brennstoffeinspritzeinheit, die einen Zeitsteuerstößel aufweist, der zwischen oberen und unteren Stößeln positioniert ist, weiter mit einer Zeitsteuerkammer, die zwischen dem Zeitsteuerstößel und dem oberen Stößel positioniert ist, und einer Federkammer, die zwischen dem Zeitsteuerstößel und einer Zumesskammer positioniert ist, um eine oder mehrere Federn zur Vorspannung der Stößel zu enthalten. Eine Federkammerablaufventilvorrichtung ist vorgesehen, um Brennstoff in der Federkammer zu einem Niederdruckablauf zu leiten, während die Federkammer von dem Niederdruckablaufsystem isoliert wird, wodurch Druckvariationen in dem Ablaufsystem davon abgehalten werden, in die Federkammer einzutreten und auf den Zeitsteuerstößel zu wirken. Zusätzlich ist eine Spülschaltung vorgesehen, um einen Spülbrennstofffluss und Verbrennungsgas von der Einspritzvorrichtung direkt zum Niederdruckablauf zu leiten, und zwar ohne Verbindung mit der Federkammer. Folglich werden die Druckvariationen in der Federkammer minimiert, wodurch die Variationen in der Vorspannkraft auf den Zeitsteuerstößel verringert werden, um eine präzise Steuerung der Zeitsteuerströmungsmittelzumessung in die Zeitsteuerkammer durch einfaches Variieren des Zeitsteuerströmungsmitteldrucks zu gestatten.

EP-A-0 805 270 offenbart eine Elektromagnetventileinheit in der Mitte des Brennstoffversorgungspfades, der zu dem Kompressionsraum in den Einspritzpumpenhauptkörper führt, und die Brennstoffeinspritzmenge wird durch eine Steuerung von Öffnung/Verschluss der Elektromagnetventileinheit eingestellt. In diesem Brennstoffeinspritzsystem wird das Kolbenventil bewegt, bis es auf dem Ventilsitz während der Voreinspritzung aufsitzt, die vor der Haupteinspritzung ausgeführt wird. Mittel, um den Brennstoff von innerhalb des Kompressionsraums lecken zu lassen, sind in dem Einspritzpumpenhauptkörper vorgesehen, und die Zeitperiode, während der der Brennstoff im Kompressionsraum über die Mitte zum Herauslecken herausleckt, und der Zeitperiode, während der der Brennstoffversorgungspfad dadurch eingeschränkt wird, dass das Kolbenventil auf dem Ventilsitz aufsitzt, werden kombiniert, um die Bewegung des Kolbenventils zu stabilisieren. Folglich wird eine kleine Größe für die Voreinspritzung erreicht, die nahezu konstant ist, und zwar ungeachtet der Drehzahl des Motors. Wenn ein Antriebsimpuls, der den Brennstoffversorgungspfad über die Periode schließt, während der der Brennstoff leckt, zur Elektromagnetventileinheit geliefert wird, muss auch die Elektromagnetventileinheit nur einmal betätigt werden, und stabile Einspritzcharakteristiken werden von der Voreinspritzung über die Haupteinspritzung erreicht.

Schließlich sei hingewiesen auf US-A-5 094 215, die eine Brennstoffeinspritzeinheit offenbart, die geeignet ist, um Brennstoff von einer Brennstoffversorgung mit einem relativ niedrigen Druck aufzunehmen, und die geeignet ist, um Brennstoff mit einem relativ hohen Druck in die Brennkammer eines Verbrennungsmotors einzuspritzen, die einen Einspritzvorrichtungskörper mit einer ersten inneren Bohrung und einer Einspritzvorrichtungszumessöffnung aufweist, und einen Stößel, der zur Hin- und Herbewegung in der ersten inneren Bohrung montiert ist, um eine Brennstoffdruckkammer bzw. Brennstoffkompressionskammer mit variablem Volumen zu definieren, die einen nockenbetätigten oberen Stößelteil und einen unteren Stößelteil aufweist, der in der ersten inneren Bohrung zwischen der Brennstoffdruckkammer mit variablem Volumen und dem oberen Stößelteil befestigt ist. Während der obere Stößelteil in seiner zurückgezogenen Position ist, wird Niederdruckbrennstoff von der Brennstoffversorgung zu der Brennstoffdruckkammer mit variablem Volumen geliefert. Eine Feder ist in der ersten inneren Bohrung positioniert, um die oberen und unteren Stößelteile voneinander weg vorzuspannen, um dadurch eine Variation des Brennstoffvolumens zu gestatten, welches in die Brennstoffdruckkammer mit variablem Volumen während jedes Zyklus des Einspritzbetriebs fließt, und zwar abhängig von dem Druck des Brennstoffes von der Brennstoffversorgung. Eine Ventilanordnung, die ein Ventilelement aufweist, welches zur Hin- und Herbewegung in einer zweiten inneren Bohrung montiert ist, steuert den Brennstofffluss von der Brennstoffdruckkammer mit variablem Volumen zu der Einspritzvorrichtungszumessöffnung. Die Ventilanordnung gestattet, dass Brennstoff durch die Einspritzvorrichtungszumessöffnung nur während der Zeit ausgelassen wird, zu der der obere Stößelteil in seiner vollständig vorgeschobenen Position ist, so dass der Einspritzdruck unabhängig von der Geschwindigkeit ist, mit der sich der obere Stößelteil zwischen seiner zurückgezogenen und vorgeschobenen Position bewegt.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 vorgesehen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Pumpen von Strömungsmittel nach Anspruch 8 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können aus den Unteransprüchen gewonnen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine geschnittene diagrammartige Seitenansicht eines Motors mit einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die darin eingebaut ist;

2 ist eine geschnittene diagrammartige Seitenansicht einer mechanisch betätigten Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

3 ist eine geschnittene diagrammartige Seitenansicht des Mitnehmer- und Stößelabschnittes der Brennstoffeinspritzvorrichtung der 2; und

4 ist eine geschnittene diagrammartige Seitenansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels des Mitnehmer- und Stößelabschnittes zur Anwendung bei der Brennstoffeinspritzvorrichtung der 2.

Detaillierte Beschreibung

Nun mit Bezug auf 1 hat ein Motor 10 eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 11, die so eingebaut ist, dass ein Düsenauslass 13 sich in eine Zylinderbohrung öffnet, wie bei einem herkömmlichen Dieselmotor. Mit jedem Zyklus des Motors wird eine Hubanordnung 19 nach oben um eine Hubgruppenwelle 18 bewegt. Die Hubanordnung 19 wirkt auf eine Kipphebelanordnung 16, die montiert ist, um eine Kipphebelwelle 17 zu schwenken. Ein Teil der Kipphebelanordnung 16 ist in Kontakt mit einem Mitnehmer 14, der in den Einspritzvorrichtungskörper 12 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 eingepasst ist. Eine Druckfeder 15 hat ein Ende, welches in Kontakt mit dem Einspritzvorrichtungskörper 12 ist, und ein anderes Ende in Kontakt mit dem Mitnehmer 14. Die Druckfeder 15 drückt normalerweise den Mitnehmer 14 weg vom Einspritzvorrichtungskörper 12, so dass die Kipphebelanordnung 16 einen Kontakt mit dem Mitnehmer 14 in herkömmlicher Weise hält. Mit jedem Leistungszyklus des Motors 10 wird der Mitnehmer 14 nach unten getrieben, um einen Stößel bzw. Kolben in dem Einspritzvorrichtungskörper 12 zu bewegen. Der Abwärtshub des Stößels in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 setzt Brennstoff unter Druck, so dass Brennstoff beginnt, aus dem Düsenauslass 13 herauszusprühen.

Nun mit Bezug auf die 2 und 3 sind dort geschnittene Seitenansichten der Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 und der Pumpenanordnung 21 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Pumpenanordnung 21 ist vorzugsweise eine Mitnehmeranordnung 20, die ein Arbeitselement, den Mitnehmer 14, hat, welches in Kontakt mit der Kipphebelanordnung 16 gehalten wird. Der Mitnehmer 14 ist bewegbar in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 montiert und hat eine Führungsfläche 22, die in einer Mitnehmerbohrung 24 geführt ist, die von dem Einspritzvorrichtungskörper 12 definiert wird. Der Mitnehmer 14 ist bewegbar zwischen einer oberen zurückgezogenen Position und einer unteren vorgeschobenen Position und ist zu seiner zurückgezogenen Position durch eine Vorspannfeder 15 vorgespannt. Wenn die Kipphebelanordnung 16 in ihrer unteren Position ist, übt sie eine Abwärtskraft auf den Mitnehmer 14 aus, die den Mitnehmer 14 zu ihrer vorgeschobenen Position gegen die Wirkung der Vorspannfeder 15 bewegt. Wenn die Kipphebelanordnung 16 zu ihrer oberen Position zurückkehrt, wird die Kraft auf dem Mitnehmer 14 entlastet, so dass die Anordnung zu ihrer zurückgezogenen Position unter der Wirkung der Vorspannfeder 15 zurückkehrt.

Die Mitnehmeranordnung 20 hat auch einen freischwimmenden Stößel 30, der nicht an dem Mitnehmer 14 angebracht ist und in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 positioniert ist, um sich zwischen einer vorgeschobenen Position und einer zurückgezogenen Position in einer Stößelbohrung 35 zu bewegen, die von dem Einspritzvorrichtungskörper 12 definiert wird. Der Stößel 30 hat eine Führungsfläche 32, die gestattet, dass der Stößel 30 in der Stößelbohrung 35 geführt wird. Zum Beginn eines Einspritzereignisses, wenn der Mitnehmer 14 zu seiner vorgeschobenen Position durch die Kipphebelanordnung 16 bewegt wird, drückt er den Stößel 30 zu seiner vorgeschobenen Position in entsprechender Weise. Während dieses Abwärtshubes wirken der Mitnehmer 14 und der Stößel 30 als die Mittel zum Komprimieren von Brennstoff in der Brennstoffdruckkammer 42, die durch den Einspritzvorrichtungskörper 12 definiert wird. Der Stößel 30 wird zu seiner zurückgezogenen Position durch den Brennstoffdruck von einer Brennstoffquelle 41 über einen Brennstoffeinlass 43 zurückgebracht, der von dem Einspritzvorrichtungskörper 12 definiert wird. Weil der Stößel 30 nicht mechanisch mit dem Mitnehmer 14 verbunden ist, wird der Stößel 30 nicht zu seiner zurückgezogenen Position zusammen mit dem Mitnehmer 14 durch die Wirkung der Vorspannfeder 15 bewegt. Stattdessen wird der Stößel 30 zu seiner zurückgezogenen Position durch den Brennstoffdruck in den Brennstoffversorgungsleitungen bewegt. Während der Brennstoffversorgungsdruck im Vergleich mit dem Einspritzdruck relativ niedrig ist, ist er hoch genug, um den Stößel 30 zurück zu seiner zurückgezogenen Position zu bewegen.

Es sei bemerkt, dass weil der Stößel 30 nicht mechanisch mit dem Mitnehmer 14 verbunden ist, sondern stattdessen ein freischwimmender Stößel ist, einige der Probleme vermieden werden können, die bei den Brennstoffeinspritzvorrichtungen angetroffen werden, die herkömmliche Mitnehmeranordnungen verwenden. Beispielsweise wird bei Mitnehmeranordnungen mit einem Stößel, der mechanisch an einem Mitnehmer angebracht ist, der Stößel durch die Mitnehmerfeder während des Aufwärtshubes des Mitnehmers nach oben gezogen. Daher ist es möglich, dass der Stößel sich zu seiner oberen Position schneller bewegt als der Brennstoff die Brennstoffdruckkammer nachfüllen kann. Dies kann zu einem Unterdruck in den Brennstoffdurchlässen bis zu Kavitationsniveaus führen und kann zur Folge haben, dass sich Kavitationsblasen in diesen Durchlässen bilden. Wenn die Kavitationsblasen zusammenfallen, können sie eine Erosion der benachbarten Brennstoffeinspritzvorrichtungsflächen verursachen, was zu schweren Problemen in der Brennstoffeinspritzvorrichtung führen kann. Weil jedoch der Stößel 30 der vorliegenden Erfindung nach oben zu seiner zurückgezogenen Position durch den Druck des Brennstoffes von der Quelle 41 zurückgezogen wird, und zwar anstatt unter der Wirkung der Vorspannfeder 15, kann er sich nur so schnell zurückziehen, wie es der Versorgungsdruck gestattet. Daher wird der Druck in den Brennstoffdurchlässen aufrecht erhalten, und Kavitationsdruckniveaus werden nicht erreicht. Zusätzlich zur Trennung von Mitnehmer 14 und Stößel 30 zur Vermeidung von Kavitationsproblemen kann der Stößel 30 auch getrennt vom Mitnehmer 14 sein, wenn der Motor 10 ausgeschaltet ist. In diesem Fall hat ein Mangel an Brennstoffdruck zur Folge, dass der Stößel 30 sich zu seiner vorgeschobenen Position aufgrund der Schwerkraft bewegt. Wenn der Motor 10 wieder gestartet wird, steigt der Brennstoffversorgungsdruck wieder, und der Stößel 30 wird zu seiner zurückgezogenen Position zum Betrieb zurückgebracht. Dieser Prozess wird erleichtert, indem man vorzugsweise die Unterseite des Stößels 30 konvex macht, um den Kontaktflächenbereich zu minimieren. Schließlich kann der Stößel 30 sich auch vom Mitnehmer 14 aufgrund von dynamischen Kräften in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 trennen.

Nun mit Rückbezug auf die Mitnehmeranordnung 20 ist eine erste Kontaktfläche 23, die an dem Mitnehmer 14 vorgesehen ist, benachbart zu einer zweiten Kontaktfläche 33 gelegen, die am Stößel 30 vorgesehen ist. Vorzugsweise ist entweder die erste Kontaktfläche 23 oder die zweite Kontaktfläche 33 konvex, und die andere Fläche ist vorzugsweise eben oder konkav, und zwar mit einem größeren Radius als die konvexe Fläche. Dies wird gestatten, dass der Kontaktpunkt zwischen diesen Oberflächen entlang einer Mittellinie 28 des Mitnehmers 14 und des Stößels 30 liegt. Wenn sich somit der Mitnehmer 14 nach unten unter der Wirkung der Kipphebelanordnung 16 bewegt, wird die Kraft, die auf den Stößel 30 ausgeübt wird, entlang einer Mittellinie 28 von diesen Komponenten gerichtet sein. Wenn die Kraft, die auf den Stößel 30 ausgeübt wird, entlang der Mittellinie 28 gerichtet ist, können Seitenkräfte, die auf den Stößel 30 wirken, reduziert werden, wobei daher die Wahrscheinlichkeit einer Grübchenbildung oder eines Fressens des Stößels minimiert wird. Eine Grübchenbildung kann auftreten, wenn der Stößel 30 oder der Mitnehmer 14 gegen seine jeweilige Führungsfläche reibt, was bewirkt, dass die Komponente sich abnutzt und schließlich versagt. Während es vorzuziehen ist, dass die erste Kontaktfläche 23 und die zweite Kontaktfläche 33 beide konvexe Oberflächen sind, ist dies nicht nötig. Es sei beispielsweise bemerkt, dass die Seitenkräfte auch dadurch verringert werden könnten, dass man nur eine, d.h. die erste Kontaktfläche 23 oder zweite Kontaktfläche 33 zu einer konvexen Oberfläche macht, oder dass man beide Oberflächen eben und senkrecht zur Mittellinie 28 macht. In diesem Fall würde die Kraft, die auf die Komponenten ausgeübt wird, immer noch entlang der Mittellinie des Mitnehmers 14 und des Stößels 30 gerichtet sein.

Nun mit Bezug auf die Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 definiert der Stößel 30 vorzugsweise nicht irgendwelche inneren Durchlässe, die zur Brennstoffdruckkammer 42 führen. Wenn der Stößel 30 und der Mitnehmer 14 außer Kontakt sind, bildet sich daher ein Hohlraum 25 zwischen der ersten Kontaktfläche 23 und der zweiten Kontaktfläche 33, der strömungsmittelmäßig vom Brennstoffeinlass 43 isoliert ist, jedoch immer zu einer Niederdruckentlüftung 29 offen ist. Dies wird gestatten, dass der Stößel 30 und der Mitnehmer 14 sich ohne irgendeinen wesentlichen Einfluss von den Strömungsmittelkräften im Hohlraum 25 über der zweiten Kontaktfläche 33 vorwärts bewegen und zurückziehen. Während es keine Strömungsmitteldurchlässe gibt, die die Brennstoffdruckkammer 42 mit dem Hohlraum 25 oder der Stößelbohrung 35 verbinden, sei jedoch bemerkt, dass es möglich ist, dass Brennstoff über den Stößel 30 hinaus während seines Abwärtshubes nach oben wandert. Daher hat die vorliegende Erfindung vorzugsweise eine Anzahl von Merkmalen, um zu verhindern, dass der Brennstoff, der in die Stößelbohrung 35 wandert, beträchtlich die Bewegung des Stößels 30 und des Mitnehmers 14 beeinflusst und in den Motor wandert. Erstens kann, wenn Hochdruckbrennstoff beginnt, nach oben in der Stößelbohrung 35 zu laufen, eine Brennstoffmenge in einen Ring 38 fließen, der von dem Einspritzvorrichtungskörper 12 definiert wird. Wenn Brennstoff in den Ring 38 fließt, fällt sein Druck ab, und er kann aus der Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 über einen Entlüftungsdurchlass 39 fließen, der von dem Einspritzvorrichtungskörper 12 definiert wird. Weil jedoch der Druck des Brennstoffes in der Brennstoffdruckkammer 42 und der Stößelbohrung 35 extrem hoch ist, wird ein Teil des Brennstoffes nicht in den Ring 38 fließen, sondern wird weiter nach oben um den Stößel 30 herum wandern. Die Stößelbohrung 35 hat ein konstantes Durchmesserspiel, weil der Stößel 30 zylindrisch und daher symmetrisch ist. Es sei bemerkt, dass je länger die Distanz ist, über die Brennstoff nach oben mit einem konstanten Durchmesserspiel wandern muss, desto niedriger die Brennstoffmenge ist, die aus der Einspritzvorrichtungsmitnehmeranordnung herauslecken würde. Daher wird die Distanz, über die der Stößel 30 mit einer Bohrung mit konstantem Durchmesser über den Ring geführt ist, im Vergleich zu früheren Brennstoffeinspritzvorrichtungen ungefähr verdoppelt. Dieses Merkmal kann verhindern, dass Brennstoff mit der Bewegung des Stößels 30 und des Mitnehmers 14 in unerwünschter Weise in Gegenwirkung tritt, und auch aus der Einspritzvorrichtung leckt und sich mit Motoröl vermischt.

Während ein Großteil der Komponenten des Motors 10 und der Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 vorzugsweise aus herkömmlichen Materialien zusammengesetzt sind, ist der Stößel 30 vorzugsweise aus einem nicht-metallischen Material hergestellt, wie beispielsweise aus einem Keramikmaterial. Wie veranschaulicht, ist der Stößel 30 vorzugsweise eine zylindrische homogene Komponente, die nicht irgendwelche inneren Durchlässe oder scharfen Kanten definiert. Daher kann ein Keramikmaterial oder ein anderes nicht-metallisches Material, welches durch diese Arten von Merkmalen geschwächt wird, erfolgreich für diese Komponente verwendet werden. Zusätzlich sind Keramikmaterialien für diese Anwendung vorzuziehen, weil sie einen höheren Widerstand gegen Grübchenbildung und Fressen haben als andere Stößelmaterialien, wie beispielsweise Stahl. Man nimmt an, dass Keramikstößel eine bessere Beständigkeit gegen diese unerwünschten Phänomene aufgrund der harten glatten Außenfläche der Komponente haben. Zusätzlich tendieren Keramiken auch dazu, eine höhere Beständigkeit gegen Verzerrung zu haben als dies ihre entsprechenden Teile aus Stahl oder Metall haben.

Während eines Einspritzereignisses, wenn der Stößel 30 seinen Abwärtshub zu seiner vorgeschobenen Position hin ausführt, können die Druckkräfte, die auf seine Ober- und Unterseiten vom Stößel 14 und dem hohen Druck in der Brennstoffdruckkammer 42 ausgeübt werden, bewirken, dass die Komponente sich in der Form verzerrt und kürzer und breiter wird. Dies führt zu einer Verringerung des Spiels zwischen dem Stößel 30 und der Stößelbohrung 35, wobei das Ergebnis davon eine Steigerung der Grübchenbildung oder der Abnutzung an der Außenfläche des Stößels 30 ist. Jedoch tendieren Stößel, die aus Keramiken hergestellt sind, nicht dazu, sich so weit zu verzerren bzw. zu verformen wie jene, die aus traditionelleren metallischen Materialien hergestellt sind. Wenn daher der Stößel 30 aus einem Keramikmaterial hergestellt ist, wird er weniger kurz und breit während der Abwärtsbewegung werden, als er es anderenfalls würde, wenn er aus einem metallischen Material zusammengesetzt wäre. Dies kann die Abnutzung des Stößels aufgrund von Distorsion bzw. Verformung reduzieren, weil das Spiel zwischen dem Stößel 30 und der Stößelbohrung 35 nicht so eng wird. Dieses Phänomen kann auch gestatten, dass das Spiel zwischen dem Stößelaußendurchmesser und dem Führungsbohrungsinnendurchmesser verringert wird. Während es vorzuziehen ist, dass der Stößel 30 aus einem Keramikmaterial hergestellt wird, sei bemerkt, dass der Stößel 30 aus einem traditionelleren Material zusammengesetzt sein könnte, wie beispielsweise aus Stahl.

Nun mit Rückbezug auf die Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 ist ein direkt gesteuertes Nadelventilglied 60 bewegbar in dem Einspritzvorrichtungskörper 12 positioniert und hat eine hydraulische Öffnungsfläche 64, die dem Strömungsmitteldruck in einer Düsenkammer 62 ausgesetzt ist, und eine hydraulische Verschlussfläche 61, die dem Strömungsmitteldruck in der Nadelsteuerkammer 59 ausgesetzt ist. Das Nadelventilglied 60 ist bewegbar zwischen einer oberen offenen Position und einer unteren geschlossenen Position und ist zu seiner unteren Position durch eine Vorspannfeder 57 vorgespannt. Der Druck innerhalb der Nadelsteuerkammer 59 wird durch die Position eines Nadelsteuerventilgliedes 52 gesteuert. Das Nadelsteuerventilglied 52 ist normalerweise nach unten durch eine Nadelsteuervorspannfeder 54 und eine Überlaufvorspannfeder 47 vorgespannt. Wenn das Nadelsteuerventilglied 52 in dieser Position ist, ist eine Ventilfläche 55 außer Kontakt mit einem Ventilsitz 56, um die Nadelsteuerkammer 59 in Strömungsmittelverbindung mit dem Düsenversorgungsdurchlass 45 über einen Druckverbindungsdurchlass 58 zu öffnen. Wenn das Nadelsteuerventilglied 52 in seiner oberen Position ist, wird der Ventilsitz 56 durch die Ventilfläche 55 geschlossen, und der Druck innerhalb der Nadelsteuerkammer 59 wird relativ gering. Die hydraulische Öffnungsfläche 64 und die hydraulische Verschlussfläche 61 sind vorzugsweise so bemessen, dass ein Ventilöffnungsdruck in der Düsenkammer 62 erreicht werden kann, wenn die Nadelsteuerkammer 59 von dem Düsenversorgungsdurchlass 45 abgeblockt wird.

Das Nadelsteuerventilglied 52 und das Überlaufsteuerventilglied 49 sind beide betriebsmäßig mit einem Elektromagneten 50 gekoppelt. Während die relative Positionierung des Nadelsteuerventilglieds 52 den Druck in der Nadelsteuerkammer 59 steuert, wird der Druck in der Brennstoffdruckkammer 42 durch die Position des Überlaufsteuerventilgliedes 49 beeinflusst. Das Überlaufsteuerventilglied 49 ist zu seiner unteren Position durch eine Überlaufvorspannfeder 47 vorgespannt. Wenn das Überlaufsteuerventilglied 49 in seiner unteren Position ist, kann der Brennstoff in der Brennstoffdruckkammer 42 zurück in den Brennstoffeinlass 43 durch einen Überlaufdurchlass fließen, der von dem Einspritzvorrichtungskörper 12 definiert wird. Wenn der Elektromagnet 50 in eine erste Position erregt wird, bewegt sich das Nadelsteuerventilglied 52 nach oben, bewegt sich jedoch nicht genug nach vorne, dass die Ventilfläche 55 den Ventilsitz 56 schließt. Das Überlaufsteuerventilglied 49 wird zu seiner oberen Position bewegt, um die Brennstoffdruckkammer 42 gegenüber dem Überlaufdurchlass zu blockieren. Der Druck in der Brennstoffdruckkammer 42 kann nun auf Einspritzniveaus ansteigen. Wenn der Elektromagnet 50 zu einer zweiten Position erregt wird, wird das Nadelsteuerventilglied 52 zu seiner oberen Position angehoben, um zu gestatten, dass die Ventilfläche 55 den Ventilsitz 56 schließt. Die Nadelsteuerkammer 59 ist nun strömungsmittelmäßig vom Druckverbindungsdurchlass 58 abgeblockt, und der Druck, der auf die hydraulische Verschlussfläche 61 wirkt, kann schnell aufgrund eines Entlüftungsspiels und eines Entlüftungsdurchlasses abfallen, der von dem Einspritzvorrichtungskörper 12 definiert wird.

Nun mit Bezug auf 4 ist dort ein alternatives Ausführungsbeispiel der Pumpenanordnung 21 zur Anwendung mit der Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 gezeigt. Mit kleineren Modifikationen könnte die in 4 veranschaulichte Pumpenanordnung in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 ersetzt werden, um eine vollständige Einspritzvorrichtung zu ergeben. Wiederum ist die Pumpenanordnung 121 vorzugsweise eine Mitnehmeranordnung 120, die einen Mitnehmer 114 und einen freischwimmenden Stößel 130 hat. Die Mitnehmeranordnung 120 hat auch eine Druckstange 122, die an dem Mitnehmer 114 durch einen Halteclip 151 angebracht ist. Die Druckstange 122 hat eine erste Kontaktfläche 123, die benachbart zu einer zweiten Kontaktfläche 133 des Stößels 130 ist. Wiederum, während es vorzuziehen ist, dass die erste Kontaktfläche 123 oder die zweite Kontaktfläche 133 konvex ist, um die Wahrscheinlichkeit von Seitenkräften zu reduzieren, die auf die Druckstange 122 und den Stößel 130 wirken, könnte der erwünschte Effekt erreicht werden, wenn die andere Fläche vorzugsweise konkav wäre.

Die Druckstange 122 hat einen vergrößerten Teil 127, der sich in der Stößelfrührungsbohrung 135 bewegt. Anders gesagt, anders als die zuvor veranschaulichte Mitnehmeranordnung 20, die einen Mitnehmer 14 und einen Stößel 30 hatte, die in Reihe geführt wurden, werden der Mitnehmer 114 und der Stößel 130 parallel geführt. Anders gesagt wird eine Führungsfläche 124 des Mitnehmers 114 entlang der Außenseite des Einspritzvorrichtungskörpers 12 geführt, während eine Führungsfläche 132 des Stößels 130 in der Stößelbohrung 135 geführt wird, die von dem Einspritzvorrichtungskörper 12 definiert ist. Diese parallele Führung gestattet geringeren vertikalen Freiraum für die Mitnehmeranordnung 120, was wiederum mehr Konstruktionsraum für Komponenten im unteren Teil der Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 gestattet. Zusätzlich definiert ein vergrößerter Teil 127 eine Seitenfläche 128, die ein enges Durchmesserspiel zu der Stößelbohrung 135 aufrecht erhält, jedoch vorzugsweise abgerundet ist. Während die Seitenfläche 128 so geformt ist, kann die Stößelbohrung 135 strömungsmittelmäßig mit einem Hohlraum 117 verbunden sein, der von dem Mitnehmer 114 definiert wird, um zu gestatten, dass irgendwelche darin eingeschlossene Luft durch den Entlüftungsdurchlass 118 entlüftet wird. Dieses Merkmal wird gestatten, dass die Bewegung des Stößels 130, des Mitnehmers 114 und der Druckstange 122 durch Luft beeinflusst wird, die in dem Hohlraum 117 eingeschlossen ist. Während die Seitenfläche 128 nicht so geformt werden muss, kann dieses Merkmal Probleme mit Grübchenbildung und möglichem Fressen reduzieren. Ein weiterer Unterschied zwischen der Mitnehmeranordnung 120 und der Mitnehmeranordnung 20 des vorherigen Ausführungsbeispiels ist die Anwendung eines Haltestiftes 153, wie in 4 veranschaulicht. Der Haltestift 153 ist vorzugsweise ein zylindrischer Stift, könnte jedoch eine Haltekugel oder ein anderes geeignetes Halteglied sein. Die Anwendung eines zylindrischen Stiftes als Haltestift 153 ist vorzuziehen, weil die Halteflächen für den Haltestift 153 dann senkrecht zur Mittellinie 28 sein können, was unerwünschte Seitenkräfte reduzieren oder sogar eliminieren kann, die auf die Mitnehmeranordnung 120 vom Halteglied ausgeübt werden. Der Haltestift 153 kann die Aufwärtsbewegung der Druckstange 122 begrenzen und wird daher dabei helfen, den Mitnehmer 114, die Druckstange 122 und die Mitnehmerfeder 115 während des Transports zu halten.

Wie bei dem Ausführungsbeispiel der 2 und 3 ist der frei schwimmende Stößel 130 nicht mechanisch an der Druckstange 122 angebracht. Daher kann sich der Stößel 130 von der Druckstange 122 über einen Teil seiner Bewegung entkoppeln. Es sei aus der Besprechung des vorherigen Ausführungsbeispiels daran erinnert, dass dieses Merkmal das Risiko von einem Kavitationserosionsschaden an der Brennstoffeinspritzvorrichtung verringern kann. Zusätzlich kann sich der Stößel 130 unabhängig von der Druckstange 122 als eine Folge eines Abschaltens des Motors und von dynamischen Kräften in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 bewegen. Wie bei dem Stößel 30 definiert der Stößel 130 vorzugsweise nicht irgendwelche inneren Durchlasswege oder scharfen Kanten und ist vorzugsweise aus einem nichtmetallischen Material hergestellt, wie beispielsweise aus einem Keramikmaterial, welches eine höhere Beständigkeit gegen Grübchenbildung, Fressen und Distorsion hat als traditionellere metallische Materialien.

Es sei bemerkt, dass der Einspritzvorrichtungskörper 112 auch einen Ring 138 definiert, der gestatten kann, dass Brennstoff, der in die Stößelbohrung 135 gewandert ist, in einen Brennstoffablauf fließt, um das Risiko einer Brennstoffleckage in den Motor zu reduzieren.

Industrielle Anwendbarkeit

Nun mit Bezug auf die 13 ist die Hubarmanordnung 19 gerade vor einem Einspritzereignis in ihrer unteren Position, so dass die Kipphebelanordnung 16 in einer oberen Position ist, wobei sie eine minimale Kraftgröße auf den Mitnehmer 14 ausübt. Der Mitnehmer 14 und der Stößel 30 sind in ihren oberen Positionen, der Kolben 55 ist in seiner unteren Position und das Nadelventilglied 60 ist in seiner geschlossenen Position, die den Düsenauslass 13 vom Düsenversorgungsdurchlass 45 abblockt. Das Überlaufsteuerventilglied 49 ist in seiner unteren Position, was die Brennstoffdruckkammer 42 zum Überlaufdurchlass öffnet, und das Nadelsteuerventilglied 52 ist in seiner unteren Position, was den Druckverbindungsdurchlass 58 zur Nadelsteuerkammer 59 öffnet. Das Einspritzereignis wird eingeleitet, wenn die Hubanordnung 19 sich nach oben um die Hubgruppenwelle 18 bewegt. Die Hubanordnung 19 wirkt dann auf die Kipphebelanordnung 16 und schwenkt diese nach unten um die Kipphebelwelle 17. Wenn die Kipphebelanordnung 16 beginnt zu schwenken, übt sie eine abwärts gerichtete Kraft auf den Mitnehmer 14 aus, der zu seiner vorgeschobenen Position gegen die Wirkung der Vorspannfeder 15 bewegt wird.

Wenn der Mitnehmer 14 beginnt, sich nach unten zu seiner vorgeschobenen Position zu bewegen, übt die erste Kontaktfläche 23 eine abwärts gerichtete Kraft auf die zweite Kontaktfläche 33 aus, und der Stößel 30 beginnt, sich zu seiner vorgeschobenen Position in entsprechender Weise zu bewegen. Der Elektromagnet 50 wird dann zu seiner ersten Position mit niedrigem Strom aktiviert bzw. bewegt, und das Überlaufsteuerventilglied 49 wird zu seiner oberen Position bewegt, in der die Brennstoffdruckkammer 42 vom Überlaufdurchlass abgeblockt wird. Es sei daran erinnert, dass das Nadelsteuerventilglied 52 sich auch zu diesem Zeitpunkt nach oben bewegt, jedoch bewegt es sich nicht weit genug nach oben, dass der Druckverbindungsdurchlass 58 von der Nadelsteuerkammer 59 abgeblockt wird. Wenn der Stößel 30 sich nach unten bewegt, setzt er den Brennstoff in der Brennstoffdruckkammer 42 in dem Kolbensteuerdurchlass 50 und dem Düsenversorgungsdurchlass 45 unter Druck. Gerade vor dem erwünschten Zeitpunkt zur Brennstoffeinspritzung wird der Elektromagnet 50 zu seiner zweiten Position mit höherem Strom aktiviert, und das Nadelsteuerventilglied 52 wird zu seiner oberen Position bewegt, um zu gestatten, dass die Ventilfläche 55 den Ventilsitz 56 schließt, was die Nadelsteuerkammer 59 von dem Hochdruckbrennstoff in dem Düsenversorgungsdurchlass 45 abblockt. Der Druck, der auf die hydraulische Öffnungsfläche 64 in der Düsenkammer 62 wirkt, steigt weiter an, wenn sich der Stößel 30 nach vorne bewegt. Wenn der Druck, der auf die hydraulische Öffnungsfläche 64 ausgeübt wird, einen Ventilöffnungsdruck übersteigt, wird das Nadelventilglied 60 in seine obere Position angehoben, um den Düsenauslass 13 zu öffnen. Hochdruckbrennstoff in dem Düsenversorgungsdurchlass 45 kann nun in die Brennkammer sprühen.

Gerade vor dem Ende eines Einspritzereignisses, während der Mitnehmer 14 und der Stößel 30 sich immer noch zu ihren unteren Positionen hin bewegen, wird der Strom zum Elektromagneten 50 beendet. Dies gestattet, dass das Nadelsteuerventilglied 52 zu seiner vorgespannten unteren Position zurückkehrt und die Nadelsteuerkammer 59 wiederum zum Druckverbindungsdurchlass 58 geöffnet wird. Hochdruckbrennstoff, der in die Nadelsteuerkammer 59 fließt, wirkt nun auf die hydraulische Verschlussfläche 61, um das Nadelventilglied 60 zu seiner unteren Position zu drücken, was den Düsenauslass 13 vom Düsenversorgungsdurchlass 45 abschließt und die Brennstoffeinspritzung in den Brennraum beendet. Ungefähr zur gleichen Zeit bewegt sich das Überlaufventilglied 49 zu seiner vorgespannten Position, um die Brennstoffdruckkammer 42 zum Überlaufdurchlass zu öffnen, um zu gestatten, dass der Brennstoffdruck innerhalb der Brennstoffdruckkammer 42 und dem Düsenversorgungsdurchlass 45 entlüftet wird.

Sobald das Einspritzereignis beendet ist, können verschiedene Komponenten der Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 in Vorbereitung für das nächste Einspritzereignis zurückgesetzt werden. Wenn sie ihre obere Position erreicht hat, nachdem die Brennstoffeinspritzung in dem Brennraum beendet wurde, beginnt die Hubarmanordnung 19, sich zu ihrer unteren Position um die Hubgruppenwelle 18 zu bewegen. Dies hat eine Aufwärtsbewegung der Kipphebelanordnung 16 um die Kipphebelwelle 17 zur Folge. Wenn die Kipphebelanordnung 16 sich nach oben bewegt, bewegt sich der Mitnehmer 14 in entsprechender Weise nach oben. Der Druck, der auf die zweite Kontaktfläche 33 wirkt, wird dann abgelassen, und der Stößel 30 bewegt sich nach oben zu seiner vorgeschobenen Position aufgrund des relativ niedrigen, jedoch ausreichenden Brennstoffversorgungsdruckes, der auf die Unterseite des Stößels 30 wirkt. Weil der Mitnehmer 14 und der Stößel 30 nicht mechanisch verbunden sind, können sich diese Komponenten nicht gekoppelt bewegen. Daher kann der Stößel 30 sich unter dem Brennstoffversorgungsdruck nach oben bewegen anstatt durch die Vorspannfeder 15 nach oben gezogen zu werden. Es sei daran erinnert, dass dieses Merkmal das Risiko von Kavitation verringern kann. Weil der Stößel 30 sich von dem Mitnehmer 14 entkoppeln kann, kann zusätzlich das Risiko eines mit einhergehenden Motorschadens im Fall eines Fressens des Stößels verringert werden, weil der Mitnehmer 14 immer noch zu seiner zurückgezogenen Position zurückkehren kann, was verhindert, dass sich die Vorspannfeder 15 vom Kipphebel trennt.

Nun mit Bezug auf 4, wenn die Kipphebelanordnung 16 eine abwärts gerichtete Kraft auf den Mitnehmer 114 ausübt, beginnen sowohl der Mitnehmer 114 als auch die Druckstange 122, sich zu ihren vorgeschobenen Positionen zu bewegen. Die Druckstange 122 übt dann eine abwärts gerichtete Kraft auf den Stößel 130 aus, was bewirkt, dass dieser sich zu seiner vorgeschobenen Position bewegt. Die Abwärtsbewegung des Stößels 130 wird dahingehend wirken, dass sie den Brennstoff in der Brennstoffdruckkammer 142 unter Druck setzt, und das Einspritzereignis wird in der gleichen Weise voranschreiten, wie in dem Ausführungsbeispiel der 2 und 3beschrieben. Gerade vor dem Ende eines Einspritzereignisses, wenn die Kipphebelanordnung 16 beginnt, sich zu ihrer oberen Position hin zu drehen, wird der Druck auf dem Mitnehmer 114 und auf der Druckstange 122 entlastet, und diese Komponenten können zu ihren zurückgezogenen Positionen unter der Wirkung der Vorspannfeder 115 zurückkehren. Wie bei dem Stößel 30 wird der Stößel 130 zu seiner zurückgezogenen Position nicht durch die Wirkung der Vorspannfeder 115 sondern durch den Brennstoffversorgungsdruck zurückgebracht, der auf seine Unterseite wirkt. Wenn der Stößel 130 zu seiner zurückgezogenen Position zurückkehrt, wird irgendwelcher Brennstoff, der in dem Hohlraum 117 eingeschlossen worden ist, aus der Stößelbohrung 135 durch den Entlüftungsdurchlass 118 gedrückt.

Die Mitnehmeranordnung der vorliegenden Erfindung hat eine Anzahl von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Anordnungen. Weil der Kontaktpunkt zwischen dem Mitnehmer 14 und dem Stößel 30 vorzugsweise entlang der Mittellinie dieser Komponenten ist, werden Seitenkräfte verringert, die auf den Stößel 30 ausgeübt werden. Dies kann wiederum die Biegebewegung des Stößels reduzieren, was ein beitragender Faktor für eine Grübchenbildung oder ein Fressen des Stößels ist. Weil der Stößel vorzugsweise aus einem nicht-metallischen Material gemacht ist, wie beispielsweise aus einem Keramikmaterial, kann das Risiko der Grübchenbildung und des Fressens weiter verringert werden. Dies kommt, weil man annimmt, dass die harte glatte Oberfläche des Keramikstößels die Wahrscheinlichkeit dieses Auftretens verringert.

Die vorliegende Erfindung verwendet auch vorzugsweise einen Keramikstößel teilweise deswegen, weil Keramiken hervorragende Verformungsbeständigkeit haben. Es sei daran erinnert, dass wenn der Stößel sich zu seiner vorgeschobenen Position bewegt, der Hochdruckbrennstoff unter dem Stößel bewirken kann, dass die Form des Stößels sich verformt oder kürzer und breiter wird, was das Spiel zwischen dem Stößel und der Stößelbohrung verringern wird und Probleme mit Grübchenbildung und Fressen vergrößern kann. Jedoch unterlaufen Keramikstößel einer geringeren Verformung als Stößel, die aus anderen Materialen gemacht sind, wie beispielsweise aus Stahl. Daher variiert das Spiel zwischen dem Stößel und der Stößelbohrung nicht so stark, was einen geringeren Beitrag zu Problemen der Grübchenbildung oder des Fressens zur Folge hat. Weil der Stößel der vorliegenden Erfindung nicht an dem Mitnehmer angebracht ist, wird zusätzlich das Risiko eines damit einhergehenden Schadens am Motor aufgrund von Fressen des Stößels reduziert. Während das Risiko von Fressvorgängen des Stößels durch die vorliegende Erfindung reduziert wird, wird die Mitnehmerfeder sich nicht von der Kipphebelanordnung lösen, wenn ein Fressen des Stößels auftreten sollte, wie dies bei Motoren der Fall sein kann, die traditionelle Mitnehmeranordnungen mit einem Mitnehmer und einem mechanisch daran angebrachten Stößel verwenden. Wenn es ein Fressen des Stößels gibt, kann stattdessen der Mitnehmer seine Aufwärtsbewegung fortsetzen und gestatten, dass die Mitnehmerfeder sich ausdehnt. Weil weiterhin der Stößel der vorliegenden Erfindung vorzugsweise zylindrisch ist, ist die Geometrie der Mitnehmeranordnung der vorliegenden Erfindung gegenüber jener von früheren Mitnehmeranordnungen vereinfacht worden, wodurch die Herstellung einfacher gemacht wird, und zwar wegen der Einfachheit der Konstruktion des Stößels.

Die vorliegende Erfindung kann auch die Brennstoffmenge reduzieren, die aus der Einspritzvorrichtung leckt, möglicherweise in den Motor. Es sei daran erinnert, dass während der Stößel sich zu seiner vorgeschobenen Position hin bewegt, der Hochdruckbrennstoff von der Brennstoffdruckkammer um den Stößel nach oben wandern kann. Während ein Teil des Brennstoffes in dem Einspritzvorrichtungskörperring läuft, wo sein Druck abfallen kann und er dann zurück zur Brennstoffdruckkammer fließen kann, geht eine Brennstoffmenge weiter nach oben um den Stößel. Weil jedoch der Stößel und die Stößelbohrung des Ausführungsbeispiels der 4 der vorliegenden Erfindung eine längere Dichtungslänge vorsehen, und zwar mit einem konstanten Durchmesserspiel, als frühere Brennstoffeinspritzvorrichtungen, wird die Menge des Brennstoffes reduziert, die weit genug nach oben wandert, um in den Motor einzutreten. Weil weiterhin der Stößel vorzugsweise aus einem Keramikmaterial hergestellt ist, wird er weniger Verformung erfahren als Stößel, die aus traditionellen Materialien gemacht sind, was somit ein verringertes Spiel zwischen dem Stößel und der Stößelbohrung gestattet. Zusätzlich könnte die vorliegende Erfindung bei anderen Anwendungen nützlich sein, wie beispielsweise bei Strömungsmittelpumpen, die Pumpeneinheiten, Taumelplattenpumpen und Radialpumpen aufweisen.

Der Haltestift und der Halteclip der vorliegenden Erfindung finden mögliche Anwendung bei irgendeiner durch einen Mitnehmer angetriebenen Brennstoffeinspritzvorrichtung, insbesondere bei jenen, die vor der Möglichkeit stehen, während des Transports und der Handhabung vor dem Einbau getrennt zu werden. Die Haltemittel der vorliegenden Erfindung sind insbesondere zur Anwendung in jenen Fällen anwendbar, wo Raum- und Struktureinschränkungen den verfügbaren Raum für äußere Klemmen usw. begrenzen. Zusätzlich kann der Haltestift der vorliegenden Erfindung die Seitenkräfte reduzieren, die während des Transports von der Mitnehmeranordnung erfahren werden. Wenn die Erfindung zusammengebaut wird, kann sie nicht auseinanderfallen, und die Mittel, durch welche dies erreicht wird, verursachen nicht eine Vergrößerung der Höhe der Einspritzvorrichtung. Der Stift ist vorzugsweise angeordnet, um die Einspritzvorrichtung gerade unter ihrer maximalen Ausfahrlänge bei einem Einbau bei Leistung zu halten. Dies ermöglicht einen Einbau ohne Spezialwerkzeuge.

Es sei bemerkt, dass die obige Beschreibung nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen ist und nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise einschränken soll. Während die vorliegende Erfindung beispielsweise für eine mechanisch betätigte Brennstoffeinspritzvorrichtung veranschaulicht worden ist, sei bemerkt, dass sie ebenfalls Anwendung bei hydraulisch betätigten Brennstoffeinspritzvorrichtungen finden könnte. In diesem Fall könnte sich der Stößel entkoppelt vom Verstärkerkolben während eines Teils seiner Bewegung bewegen. Während der Stößel der vorliegenden Erfindung weiterhin vorzugsweise aus einem Keramikmaterial hergestellt ist, könnte er aus anderen nicht-metallischen Materialien oder stattdessen aus traditionellen Materialien hergestellt sein, wie beispielsweise aus Stahl. Während eine der Kontaktflächen des Stößels und des Mitnehmers vorzugsweise konvex ist, sei zusätzlich bemerkt, dass die Mitnehmeranordnung der vorliegenden Erfindung adäquat arbeiten könnte, wenn keine davon konvex wäre.


Anspruch[de]
Brennstoffeinspritzvorrichtung (11), die Folgendes aufweist:

einen einen Brennstoffeinlass (43) und eine Düsenkammer (62) definierenden Einspritzvorrichtungskörper (12);

eine Pumpanordnung (21) einschließlich eines frei schwimmenden Stößels (30) und eines beweglichen Arbeitselements (14) positioniert mindestens teilweise in dem Einspritzvorrichtungskörper (12) und mit einer ersten Kontaktfläche (23);

wobei der frei schwimmende Stößel (30) um einen Abstand bewegbar ist und eine zweite Kontaktfläche (33) benachbart zur ersten Kontaktfläche (23) aufweist;

einen Hohlraum (25) definiert mindestens teilweise durch die erste Kontaktfläche (23) und die zweite Kontaktfläche (33), und zwar im Wesentlichen strömungsmittelmäßig isoliert von dem Brennstoffeinlass (43);

eine Brennstoffdruckkammer (42) gebildet durch die Oberflächen des Einspritzvorrichtungskörpers (12) und eine untere Endfläche des Stößels (30) gegenüberliegend zu der zweiten Kontaktfläche (33) des Stößels (30) und verbunden mit der Düsenkammer (62) über einen Düsenversorgungsdurchlass (45), wobei der Stößel (30) in seine zurückgezogene Position durch Brennstoffdruck von einer Brennstoffquelle (41) über einen Brennstoffversorgungseinlass (43) definiert durch den Einspritzvorrichtungskörper (12) zurückgebracht wird; und

ein Überlaufsteuerventilglied (49), um zu gestatten, dass Brennstoff innerhalb der Brennstoffdruckkammer (42) zurück in den Brennstoffversorgungseinlass (43) durch einen Überlaufdurchlass definiert durch den Einspritzvorrichtungskörper (12) fließt.
Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erwähnte erste Kontaktfläche (23) oder die erwähnte zweite Kontaktfläche (33) konvex ist. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stößel (30) homogen und zylindrisch ist. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Arbeitselement (14) einen Mitnehmer aufweist. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erwähnte Hohlraum strömungsmittelmäßig mit einer Entlüftung (29) verbunden ist, die mindestens teilweise durch den Einspritzvorrichtungskörper (12) definiert ist. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stößel (30) aus Keramikmaterial aufgebaut ist. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Arbeitselement (14) eine bewegliche Druckstange (122) aufweist, die durch einen Halteclip (151) an dem Mitnehmer befestigt ist, und wobei die Druckstange (122) in ihrer Bewegung durch einen Haltestift (153) begrenzt ist. Verfahren zum Pumpen von Brennstoff, das Folgendes aufweist:

Vorsehen einer Brennstoffeinspritzvorrichtung (11) mit einem Körper (12), der einen Niederdruckbrennstoffversorgungseinlass (43) und einen Hochdruckbrennstoffauslass (13) definiert und mit einer Pumpenanordnung (21), die einen frei schwimmenden Stößel (30) aufweist, der zwischen einer zurückgezogenen Position und einer vorgeschobenen Position bewegbar ist, um Brennstoff von einer Druckkammer (42) teilweise definiert durch eine Oberfläche des Stößels (30) und ein Arbeitselement (14) das mindestens teilweise in dem Körper (12) positioniert ist und eine erste Kontaktfläche (23) aufweist;

Verschieben einer Brennstoffmenge von der Druckkammer (42) und durch den Hochdruckauslass (13) über einen Düsenversorgungsdurchlass (45) durch Schieben des Stößels (30) zu der vorgeschobenen Position mit dem Arbeitselement (14);

Zurückziehen des Stößels (30) durch Anlegen eines Drucks von einer Brennstoffquelle (41) an den Stößel (30) über den erwähnten Brennstoffversorgungseinlass (43) definiert durch den erwähnten Körper (12);

Zurückziehen des Arbeitselementes (14) mindestens teilweise mit einer mechanischen Vorrichtung (15) und Gestatten, dass der Brennstoff innerhalb der Druckkammer (42) zurück in den Brennstoffversorgungseinlass (43) durch einen Überlaufdurchlass definiert durch den Körper (12) fließt.
Verfahren nach Anspruch 8 welches einen Schritt des Bewegens der ersten Kontaktfläche (23) außer Kontakt mit der zweiten Kontaktfläche (33) auf dem Stößel (30) während der erwähnten Schritte des Zurückziehens des Stößels (30) und des Zurückziehens des Arbeitselementes (14) aufweist. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Schritt des Verschiebens einer Brennstoffmenge durch mechanischen Antrieb des Arbeitselementes (14) nach unten erreicht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Arbeitselement (14) ein Stößel ist; und wobei ein Schritt des Ausrichtens der Mittellinie (28) des Stößels (14) mit einer Mittellinie (28) des Stößels (30) vorgesehen ist, und zwar mindestens teilweise durch Vorsehen einer konvexen Oberfläche auf der ersten Kontaktfläche (23) oder einer zweiten Kontaktfläche (33) vorgesehen auf dem Stößel (30). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, welches einen Schritt des Entlüftens eines Hohlraums (25) aufweist, und zwar zwischen der ersten Kontaktfläche (23) und einer zweiten Kontaktfläche (33) vorgesehen auf den Stößel (30). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das Arbeitselement (14) ein Mitnehmer ist; und wobei der Schritt des Zurückziehens des Mitnehmers (14) das mechanische Zurückziehen des Mitnehmers (14) aufweist, und zwar mindestens teilweise durch betriebsmäßiges Kuppeln des Mitnehmers (14) mit einer Vorspannfeder (15).






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