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Dokumentenidentifikation DE112006000525T5 10.01.2008
Titel Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem graduell eingeschränkten Ablaufdurchlassweg
Anmelder Caterpillar Inc., Peoria, Ill., US
Erfinder Chen, Mingyong, Peoria, Ill., US;
Gibson, Dennis H., Chillicothe, Ill., US;
Sommars, Mark F., Sparland, Ill., US
Vertreter WAGNER & GEYER Partnerschaft Patent- und Rechtsanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 112006000525
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KM, KN, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, LY, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, EP, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, OA, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, AP, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, EA, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM
WO-Anmeldetag 27.01.2006
PCT-Aktenzeichen PCT/US2006/002940
WO-Veröffentlichungsnummer 2006093603
WO-Veröffentlichungsdatum 08.09.2006
Date of publication of WO application in German translation 10.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse F02M 47/02(2006.01)A, F, I, 20060127, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F02M 45/12(2006.01)A, L, I, 20060127, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Offenbarung ist auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung gerichtet und insbesondere auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem graduell eingeschränkten Ablaufdurchlassweg.

Hintergrund

Common-Rail-Brennstoffsysteme setzen typischerweise Brennstoffeinspritzvorrichtungen mit mehrfachen geschlossenen Düsen ein, um Hochdruckbrennstoff in die Brennkammern eines Motors einzuspritzen. Jede dieser Brennstoffeinspritzvorrichtungen kann eine Düsenanordnung mit einer zylindrischen Bohrung mit einem Düsenversorgungsdurchlassweg und einem Düsenauslass aufweisen. Ein Nadelrückschlagventil kann hin und her beweglich in der zylindrischen Bohrung angeordnet sein und zu einer geschlossenen Position hin vorgespannt sein, wo der Düsenauslass blockiert ist. Um den Brennstoff einzuspritzen kann das Nadelrückschlagventil selektiv bewegt werden, um den Düsenauslass zu öffnen, um dadurch zu gestatten, dass Hochdruckbrennstoff aus dem Düsenversorgungsdurchlassweg in die Brennkammer fließt. Beispielsweise kann eine Steuerkammer in Strömungsmittelverbindung mit einer Basis des Nadelrückschlagventils selektiv von unter Druck gesetztem Brennstoff entledigt werden, um das Nadelrückschlagventil zu der offenen Position hin vorzuspannen.

Eine solche Vorrichtung wird beschrieben im US-Patent 5 671 715 (dem '715-Patent), welches an Tsuzuki u.A. am 30. September 1997 erteilt wurde. Das '715-Patent beschreibt eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem Einspritzloch. Ein Nadelventil ist zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar, um das Einspritzloch zu öffnen und zu schließen. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung weist auch eine Rückdruckkammer auf, die zu einem Ablauf über ein Zwei-Wege-Elektromagnetventil entlüftet ist. Die Nadel ist zwischen den ersten und zweiten Positionen abhängig von dem Druck in der Rückdruckkammer bewegbar.

Obwohl die Brennstoffeinspritzvorrichtung des '715-Patentes in adäquater Weise unter Druck gesetzten Brennstoff zu einem Motor liefern kann, kann sie problematisch sein. Beispielsweise kann während einer Bewegung des Nadelventils des '715-Patentes eine obere Endfläche des Nadelventils an einer unteren Endfläche der Rückdruckkammer anliegen. Wenn das Nadelventil sich mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit bewegt, wenn der Anlage- bzw. Anstoßvorgang auftritt, kann es möglich sein, dass das Nadelventil von der unteren Endfläche wegspringt, was eine unvorhersagbare Unterbrechung der Brennstoffeinspritzung bewirkt. Die inkonsistente und unvorhersagbare Einspritzvorrichtungsleistung könnte die Brennstoffliefercharakteristiken ausreichend stark verändern, um die Leistung eines Motors zu beeinflussen.

Zusätzlich kann das Anliegen bzw. Anstoßen der Ober- und Unterseiten des Nadelventils und der Rückdruckkammer, die in dem '715-Patent beschrieben werden, die Komponentenlebensdauer der Brennstoffeinspritzvorrichtung verringern und die Geräuschbelästigung steigern. Insbesondere weil die Ober- und Unterseiten einen Kontakt herstellen, kann eine Abnutzung zwischen den zwei Oberflächen zunehmen, was möglicherweise ein vorzeitiges Versagen zur Folge hat. Weiterhin kann Abrieb durch den Kontakt der Ober- und Unterseiten erzeugt werden, welcher andere Komponenten des Brennstoffsystems des '715-Patentes verunreinigen könnte. Darüber hinaus steigert die Berührung bzw. der Stoß zwischen den Ober- und Unterseiten Schwingungen und Geräusche des Brennstoffsystems.

Die Brennstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Offenbarung löst eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung gerichtet. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung weist ein Düsenglied mit mindestens einer Zumessöffnung und einem Nadelventilelement mit einem Spitzenende und einem Basisende auf. Das Nadelventilelement ist axial bewegbar, um selektiv einen Brennstofffluss durch die mindestens eine Zumessöffnung mit dem Spitzenende zu gestatten und zu blockieren. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung weist auch eine Düsenkammer in Verbindung mit dem Basisende des Nadelventilelementes auf. Die Steuerkammer hat einen Seitenwandteil, der radial relativ zur Axialbewegung des Nadelventilelementes angeordnet ist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung weist auch einen Anschluss auf, der in dem Seitenwandteil der Steuerkammer angeordnet ist, und mindestens einen Durchlassweg in Verbindung mit dem Anschluss, um selektiv Brennstoff von der Steuerkammer abzuleiten, wodurch die Bewegung des Nadelventilelementes eingeleitet wird.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zur Einspritzung von Brennstoff in eine Brennkammer eines Motors gerichtet. Das Verfahren weist auf, unter Druck gesetzten Brennstoff in mindestens eine Zumessöffnung eines Düsengliedes zu leiten und selektiv ein Nadelventilelement zu bewegen, um einen Brennstofffluss durch die mindestens eine Zumessöffnung mit einem Spitzenende des Nadelventilelementes zu gestatten und zu blockieren. Das Verfahren weist auch auf, selektiv Brennstoff vom Basisende des Nadelventilelementes durch einen Anschluss in einem Seitenwandteil der Steuerkammer abzuleiten, um eine axiale Bewegung des Nadelventilelementes einzuleiten. Der Seitenwandteil ist radial relativ zur axialen Bewegung des Nadelventilelementes angeordnet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische und diagrammartige Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten Brennstoffsystems; und

2 ist eine Querschnittsdarstellung einer beispielhaften offenbarten Brennstoffeinspritzvorrichtung für das Brennstoffsystem der 1.

Detaillierte Beschreibung

1 veranschaulicht eine Arbeitsmaschine 5 mit einem Motor 10 und einem beispielhaften Ausführungsbeispiel eines Brennstoffsystems 12. Die Arbeitsmaschine 5 kann eine feste oder mobile Maschine sein, die eine gewisse Art eines Betriebs ausführt, der mit einem Industriezweig assoziiert ist, wie beispielsweise mit Bergbau, Bau, Ackerbau, Leistungserzeugung, Transport oder irgendeinem anderen in der Technik bekannten Industriezweig. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine 5 eine Erdbewegungsmaschine, eine Generatoranordnung, eine Pumpe oder irgendeine andere geeignete einen Betrieb ausführende Arbeitsmaschine sein.

Für die Zwecke dieser Offenbarung ist der Motor 10 als ein Vier-Takt-Dieselmotor abgebildet und beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Motor 10 von irgendeiner anderen Bauart eines Verbrennungsmotors sein kann, beispielsweise ein durch Benzin oder durch gasförmigen Brennstoff angetriebener Motor. Der Motor 10 kann einen Motorblock 14 aufweisen, der eine Vielzahl von Zylindern 16 definiert, einen Kolben 18, der verschiebbar in jedem Zylinder 16 angeordnet ist, und einen Zylinderkopf 20, der mit jedem Zylinder 16 assoziiert ist.

Der Zylinder 16, der Kolben 18 und der Zylinderkopf 20 können eine Brennkammer 22 bilden. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist der Motor 10 sechs Brennkammern 22 auf. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Motor 10 eine größere oder geringere Anzahl von Brennkammern 22 aufweisen kann, und dass die Brennkammern 22 in einer „Reihenkonfiguration", in einer „V-Konfiguration" oder in irgendeiner anderen geeigneten Konfiguration angeordnet sein können.

Wie ebenfalls in 1 gezeigt, kann der Motor 10 eine Kurbelwelle 24 aufweisen, die drehbar in dem Motorblock 14 angeordnet ist. Eine Verbindungsstange bzw. Pleuelstange 26 kann jeden Kolben 18 mit der Kurbelwelle 24 verbinden, sodass eine Gleitbewegung des Kolbens 18 in jedem jeweiligen Zylinder 16 eine Drehung der Kurbelwelle 24 zur Folge hat. In ähnlicher Weise kann eine Drehung der Kurbelwelle 24 eine Gleitbewegung des Kolbens 18 zur Folge haben.

Das Brennstoffsystem 12 kann Komponenten aufweisen, die zusammenarbeiten, um Einspritzungen von unter Druck gesetztem Brennstoff in jede Brennkammer 22 zu liefern. Insbesondere kann das Brennstoffsystem 12 einen Tank 28 aufweisen, der konfiguriert ist, um eine Brennstoffversorgung zu enthalten, und eine Brennstoffpumpanordnung 30, die konfiguriert ist, um den Brennstoff unter Druck zu setzen und den unter Druck gesetzten Brennstoff zu einer Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 durch eine Common-Rail- bzw. gemeinsame Druckleitung 34 zu leiten.

Die Brennstoffpumpanordnung 30 kann eine oder mehrere Pumpvorrichtungen aufweisen, die dahingehend wirken, dass sie den Druck des Brennstoffes steigern und einen oder mehrere Ströme von unter Druck gesetzten Brennstoff zur Common-Rail 34 leiten. In einem Ausführungsbeispiel weist die Brennstoffpumpanordnung 30 eine Niederdruckquelle 36 und eine Hochdruckquelle 38 auf, die in Reihe angeordnet sind und strömungsmittelmäßig durch eine Brennstoffleitung 40 verbunden sind. Die Niederdruckquelle 36 kann eine Transferpumpe sein, die konfiguriert ist, um eine Niederdruckeinspeisung in die Hochdruckquelle 38 vorzusehen. Die Hochdruckquelle 38 kann konfiguriert sein, um die Niederdruckeinspeisung aufzunehmen und den Druck des Brennstoffes in den Bereich von ungefähr 30-300 MPa zu steigern. Die Hochdruckquelle 38 kann mit der Common-Rail 34 durch eine Brennstoffleitung 42 verbunden sein. Ein Rückschlagventil 44 kann in der Brennstoffleitung 42 angeordnet sein, um einen Fluss des Brennstoffes in einer Richtung von der Brennstoffpumpanordnung 30 zur Common-Rail 34 vorzusehen.

Eine oder beide der Niederdruck- und Hochdruckquellen 36, 38 kann betriebsmäßig mit dem Motor 10 verbunden sein und durch die Kurbelwelle 24 angetrieben sein. Die Niederdruck- und/oder Hochdruckquellen 36, 38 können mit der Kurbelwelle 24 in irgendeiner Weise verbunden sein, die dem Fachmann leicht offensichtlich ist, wobei eine Drehung der Kurbelwelle 24 eine entsprechende Drehung einer Pumpenantriebswelle zur Folge haben wird. Beispielsweise ist eine Pumpenantriebswelle 46 der Hochdruckquelle 38 in 1 derart gezeigt, dass sie mit der Kurbelwelle 24 durch einen Antriebsstrang 48 verbunden ist. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die Niederdruck- und/oder Hochdruckquellen 36, 38 alternativ elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise angetrieben werden können.

Die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 können in den Zylinderköpfen 20 angeordnet sein und mit der Common-Rail 34 durch eine Vielzahl von Brennstoffleitungen 50 verbunden sein. Jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 kann betreibbar sein, um eine Menge von unter Druck gesetztem Brennstoff in eine assoziierte Brennkammer 22 zu vorbestimmten Zeitpunkten, mit vorbestimmten Brennstoffdrücken und Brennstoffflussraten einzuspritzen. Der Zeitpunkt der Brennstoffeinspritzung in die Brennkammer 22 kann mit der Bewegung des Kolbens 18 synchronisiert sein. Beispielsweise kann Brennstoff eingespritzt werden, wenn der Kolben 18 sich der oberen Totpunktposition in einem Kompressions- bzw. Verdichtungshub nähert, um eine kompressionsgezündete Verbrennung des eingespritzten Brennstoffes zu gestatten. Alternativ kann Brennstoff eingespritzt werden, wenn der Kolben 18 den Kompressionshub beginnt, wobei er sich zu einer oberen Totpunktposition hin bewegt, und zwar für einen HCCI-Betrieb (HCCI = homogeneous charge compression ignition = homogene kompressionsgezündete Verbrennung). Brennstoff kann auch eingespritzt werden, wenn der Kolben 18 sich von einer oberen Totpunktposition zu einer unteren Totpunktposition während eines Expansionshubes bewegt, und zwar für eine späte Nacheinspritzung, um eine reduzierende Atmosphäre für eine Nachbehandlungsregeneration zu erzeugen.

Wie in 2 veranschaulicht, kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 eine Unit-Brennstoffeinspritzvorrichtung bzw. Pumpe-Düse-Brennstoffeinspritzvorrichtung mit geschlossener Düse sein. Insbesondere kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 einen Einspritzvorrichtungskörper 52 aufweisen, der eine Führung 54, ein Düsenglied 56, ein Nadelventilelement 58 und eine Elektromagnetbetatigungsvorrichtung 59 aufnimmt.

Der Einspritzvorrichtungskörper 52 kann ein zylindrisches Glied sein, welches zur Montage im Zylinderkopf 20 konfiguriert ist. Der Einspritzvorrichtungskörper 52kann eine mittlere Bohrung 60 zur Aufnahme der Führung 54 und ein Düsenglied 56 haben und eine Öffnung 62, durch welche ein Spitzenende 64 des Düsengliedes 56 vorstehen kann. Ein Dichtungsglied, wie beispielsweise ein (nicht gezeigter) O-Ring, kann zwischen der Führung 54 und dem Düsenglied 56 angeordnet sein, um eine Brennstoffleckage aus der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 einzuschränken.

Die Führung 54 kann auch ein zylindrisches Glied sein, welches eine mittige Bohrung 68 hat, die konfiguriert ist, um das Nadelventilelement 58 aufzunehmen, und eine Steuerkammer 71. Die mittige Bohrung 68 kann als eine Druckkammer wirken, die unter Druck gesetzten Brennstoff enthält, der kontinuierlich von einem Brennstoffversorgungsdurchlass 70 geliefert wird. Während der Einspritzung kann gestattet werden, dass der unter Druck gesetzte Brennstoff von der Brennstoffleitung 50 durch den Brennstoffversorgungsdurchlassweg 70 und die mittlere Bohrung 68 zur Düsenkammer 56 fließt. Aus der Steuerkammer 71 kann selektiv unter Druck gesetzter Brennstoff abgeleitet werden oder zu dieser geliefert werden, um die Bewegung des Nadelventilelementes 58 zu steuern. Insbesondere kann ein Steuerdurchlassweg 73 strömungsmittelmäßig einen Anschluss 75, der mit der Steuerkammer 71 assoziiert ist, und die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 59 verbinden. Der Anschluss 75 kann in einer Seitenwand der Steuerkammer 71 angeordnet sein, die radial relativ zur Axialbewegung des Nadelventilelementes 58 angeordnet ist. Der Anschluss 75 kann einen größeren Durchmesser haben als ein Durchmesser des Steuerdurchlassweges 73, um ein allmähliches Blockieren des Anschlusses 75 zu gestatten, was die Flusseinschränkung durch den Anschluss 75 in den Steuerdurchlassweg 73 steigert. Die Steuerkammer 71 kann auch kontinuierlich mit unter Druck gesetztem Strömungsmittel über einen Versorgungsdurchlassweg 77 beliefert werden, der in Verbindung mit dem Brennstofflieferdurchlassweg 70 ist. Der Anschluss 75 kann axial zwischen der Öffnung des Brennstoffversorgungsdurchlassweges 70 in die Steuerkammer 71 und dem Düsenglied 56 gelegen sein. Ein Durchmesser des Versorgungsdurchlassweges 77 kann geringer als ein Durchmesser des Steuerdurchlassweges 73 sein, um einen Druckabfall in der Steuerkammer 71 zu gestatten, wenn der Versorgungsdurchlassweg 73 von unter Druck gesetztem Brennstoff befreit wird.

Die Düsenkammer 56 kann genauso ein zylindrisches Glied mit einer mittleren Bohrung 72 verkörpern, die konfiguriert ist, um das Nadelventilelement 58 aufzunehmen. Das Düsenglied 56 kann auch eine oder mehrere Zumessöffnungen 80 aufweisen, um zu gestatten, dass der unter Druck gesetzte Brennstoff von der mittleren Bohrung 68 in die Brennkammern 22 des Motors 10 geliefert wird.

Das Nadelventilelement 58 kann ein langgestrecktes zylindrisches Glied sein, welches verschiebbar in der Gehäuseführung 54 und dem Düsenglied 56 angeordnet ist. Das Nadelventilelement 58 kann axial bewegbar sein zwischen einer ersten Position, in der das Spitzenende 82 des Nadelventilelementes 58 einen Brennstofffluss durch die Zumessöffnungen 80 blockiert, und einer zweiten Position, in der die Zumessöffnungen 80 offen sind, um einen Fluss von Brennstoff in die Brennkammer 22 zu gestatten.

Das Nadelventilelement 58 kann normalerweise zur ersten Position hin vorgespannt sein. Insbesondere, wie in 2 zu sehen, kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 eine Feder 90 aufweisen, die zwischen einem Anschlag 92 der Führung 54 und einer Sitzfläche 94 des Nadelventilelementes 58 angeordnet ist, um axial das Spitzenende 82 zur Zumessöffnungsblockierposition hin vorzuspannen. Ein erster Abstandshalter 96 kann zwischen der Feder 90 und dem Anschlag 92 angeordnet sein und ein zweiter Abstandshalter 98 kann zwischen der Feder 90 und der Sitzfläche 94 angeordnet sein, um eine Abnutzung der Komponenten in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zu verringern.

Das Nadelventilelement 58 kann mehrere hydraulische Antriebsflächen haben. Insbesondere kann das Nadelventilelement 58 eine hydraulische Oberfläche 100 aufweisen, die dazu tendiert, das Nadelventilelement 58 zur ersten Position oder Zumessöffnungsblockierungsposition hin zu treiben, wenn auf diese der unter Druck gesetzte Brennstoff wirkt, und eine Hydraulikfläche 104, die dazu tendiert, entgegen der Vorspannung der Feder 90 zu wirken und das Nadelventilelement 58 in die entgegengesetzte Richtung zur zweiten Position oder zur Zumessöffnungsöffnungsposition hin zu treiben.

Die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 59 kann gegenüberliegend zum Spitzenende 82 des Nadelventilelementes 58 angeordnet sein, um die Bewegung des Nadelventilelementes 58 zu steuern. Insbesondere kann die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 59 ein Drei-Positionen-Proportionalventilelement 106 aufweisen, welches in dem Steuerdurchlassweg 73 zwischen der Steuerkammer 71 und dem Tank 28 angeordnet ist. Das Proportionalventilelement 106 kann federvorgespannt sein und durch einen Elektromagneten betätigt werden, um sich zwischen einer ersten Position, in der Brennstoff aus der Steuerkammer 71 zum Tank 28 fließen kann, und einer zweiten Position zu bewegen, in der unter Druck gesetzter Brennstoff von der Brennstoffleitung 50 durch den Steuerdurchlassweg 73 in die Steuerkammer 71 fließt, und einer dritten Position, in der ein Brennstofffluss durch den Steuerdurchlassweg 73 blockiert wird. Die Position des Proportionalventilelementes 106 zwischen den ersten, zweiten und dritten Positionen kann eine Flussrate des Brennstoffes durch den Steuerdurchlassweg 73 bestimmen, genauso wie die Flussrichtung. Das Proportionalventilelement 106 kann zwischen den ersten, zweiten und dritten Positionen ansprechend auf einen elektrischen Strom bewegbar sein, der an einen Elektromagneten 108 angelegt wird, der mit dem Proportionalventilelement 106 assoziiert ist. Es wird in Betracht gezogen, dass das Proportionalventilelement 106 alternativ hydraulisch betätigt, mechanisch betätigt, pneumatisch betätigt oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise betätigt wird. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass das Proportionalventilelement ein Zwei-Positionen-Ventilelement sein kann, welches nur zwischen einer Steuerkammerablaufposition und einer Steuerkammerfüllposition bewegbar ist.

Industrielle Anwendbarkeit

Die Brennstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Offenbarung hat breite Anwendung bei einer Vielzahl von Motorbauarten, die beispielsweise Dieselmotoren, Benzinmotoren und mit gasförmigem Brennstoff angetriebene Motoren aufweisen. Die offenbarte Brennstoffeinspritzvorrichtung kann in irgendeinem Motor eingerichtet werden, der ein Druckbrennstoffsystem verwendet, wobei es vorteilhaft sein kann, konsistente vorhersagbare Brennstoffeinspritzungen vorzusehen, während die Nadelventilabnutzung minimiert wird. Der Betrieb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 wird nun erklärt.

Das Nadelventilelement 58 kann durch eine Unausgeglichenheit der Kraft bewegt werden, die durch den Strömungsmitteldruck erzeugt wird. Wenn beispielsweise das Nadelventilelement 58 in der ersten Position oder Zumessöffnungsblockierungsposition ist, kann unter Druck gesetzter Brennstoff von dem Brennstoffversorgungsdurchlassweg 70 in die Steuerkammer 71 fließen, um auf die hydraulische Oberfläche 100 zu wirken. Gleichzeitig kann unter Druck gesetzter Brennstoff vom Brennstoffversorgungsdurchlassweg 70 in die mittlere Bohrung 68 in Vorhersage einer Einspritzung fließen. Die Kraft der Feder 90 kombiniert mit der hydraulischen Kraft, die durch die Hydraulikfläche 100 erzeugt wird, kann größer sein als eine entgegengesetzte Kraft, die an der Hydraulikfläche 104 erzeugt wird, wodurch bewirkt wird, dass das Nadelventilelement 58 in der ersten Position bleibt, um einen Brennstofffluss durch die Zumessöffnungen 80 einzuschränken. Um die Zumessöffnungen 80 zu öffnen und den unter Druck gesetzten Brennstoff aus der mittleren Bohrung 68 in die Brennkammer 22 einzuspritzen, kann die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 59 das Proportionalventilelement 106 bewegen, um selektiv den unter Druck gesetzten Brennstoff weg von der Steuerkammer 71 und der Hydraulikfläche 100 abzuleiten. Diese Verringerung des Druckes, der auf die Hydraulikfläche 100 wirkt, gestattet, dass die entgegengesetzte Kraft auf die Hydraulikfläche 104 wirkt, um die Vorspannkraft der Feder 90 zu überwinden, wodurch das Nadelventilelement 58 zur Zumessöffnungsöffnungsposition bewegt wird.

Während der Zumessöffnungsöffnungsbewegung des Nadelventilelementes 58 ist es möglich, dass sich ein beträchtlicher Impuls entwickelt. Wenn die Bewegung des Nadelventilelementes 58 nicht ausreichend gedämpft wird, kann es möglich sein, dass das Basisende des Nadelventilelementes 58 an eine untere axiale Oberfläche der Steuerkammer 71 schlägt, wodurch der Fluss des unter Druck gesetzten Brennstoffes durch die Zumessöffnungen 80 in die Brennkammer 22 unterbrochen wird.

Der Anschluss 75 ist positioniert worden, um die Zumessöffnungsbewegung des Nadelventilelementes 58 zu dämpfen. Insbesondere weil der Anschluss 75 in einer radialen Seitenwand des Steuergliedes 71 gelegen ist, wird der Anschluss 75 immer mehr durch das Basisende des Nadelventilelementes 58 blockiert, wodurch allmählich der Fluss des Brennstoffes von der Steuerkammer 71 durch den Steuerdurchlassweg 73 zum Tank 28 eingeschränkt wird. Schließlich wird der Fluss des Brennstoffes während der Bewegung des Nadelventilelementes 58 derart eingeschränkt, dass der Druck des Brennstoffes, der in der Steuerkammer 71 zurückbleibt, um den Impuls bzw. die Energie des Nadelventilelementes 58 auszugleichen, zu verlangsamen und schließlich die Bewegung des Nadelventilelementes 58 zu stoppen, bevor das Nadelventilelement 58 die untere axiale Fläche der Steuerkammer 71 berührt. Insbesondere ist der Druckaufbau in der Steuerkammer 71 ausreichend, um immer eine Distanz zwischen dem Basisende des Nadelventilelementes 58 und der unteren axialen Fläche der Steuerkammer 71 zu halten. Weil der Anschluss 75 niemals vollständig blockiert ist, ist der Druckaufbau in der Steuerkammer 71 unzureichend, um die Bewegungsrichtung des Nadelventilelementes 58 umzukehren und eine Veränderung der Brennstoffliefercharakteristiken zu bewirken. Weil das Nadelventilelement 58 und die untere axiale Fläche der Steuerkammer 71 keinen Kontakt während des Betriebs der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 herstellen, werden weiterhin die Abnutzung und die Geräuschniveaus des Brennstoffsystems 12 verringert, während die Komponentenlebensdauer des Brennstoffsystems 12 gesteigert wird.

Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der Brennstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus einer praktischen Ausführung der hier offenbarten Brennstoffeinspritzvorrichtung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.

Zusammenfassung der Erfindung Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem graduell eingeschränkten Ablaufdurchlassweg

Eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Arbeitsmaschine wird offenbart. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung hat ein Düsenglied mit mindestens einer Zumessöffnung und ein Nadelventilelement mit einem Spitzenende und einem Basisende. Das Nadelventilelement ist axial bewegbar, um einen Brennstofffluss durch die mindestens eine Zumessöffnung mit dem Spitzenende zu gestatten und zu blockieren. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung hat auch eine Steuerkammer in Verbindung mit dem Basisende des Nadelventilelementes. Die Steuerkammer hat einen Seitenwandteil, der radial relativ zur axialen Bewegung des Nadelventilelementes angeordnet ist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung hat weiter einen Anschluss, der in dem Seitenwandteil der Steuerkammer angeordnet ist und mindestens einen Durchlassweg in Verbindung mit dem Anschluss, um selektiv Brennstoff von der Steuerkammer abzuleiten, wodurch eine Bewegung des Nadelventilelementes eingeleitet wird.


Anspruch[de]
Brennstoffeinspritzvorrichtung (32), die Folgendes aufweist:

ein Düsenglied (56) mit mindestens einer Zumessöffnung (80);

ein Nadelventilelement (58) mit einem Spitzenende (82) und einem Basisende (100), wobei das Nadelventilelement axial bewegbar ist, um selektiv einen Brennstofffluss durch die mindestens eine Zumessöffnung mit dem Spitzenende zu gestatten und zu blockieren;

eine Steuerkammer (71) in Verbindung mit dem Basisende des Nadelventilelementes, wobei die Steuerkammer einen Seitenwandteil hat, der radial relativ zur Axialbewegung des Nadelventilelementes angeordnet ist;

einen Anschluss (75), der in dem Seitenwandteil der Steuerkammer angeordnet ist; und

mindestens einen Durchlassweg (73) in Verbindung mit dem Anschluss, um selektiv Brennstoff aus der Steuerkammer abzuleiten, um dadurch eine Bewegung des Nadelventilelementes einzuleiten.
Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ablaufen von Brennstoff aus der Steuerkammer eine Bewegung des Nadelventilelementes in eine Zumessöffnungsöffnungsrichtung einleitet. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Anschluss zumindest teilweise durch das Nadelventilelement während der Bewegung des Nadelventilelementes blockiert ist, um den Brennstofffluss von der Steuerkammer einzuschränken, wodurch die Bewegung des Nadelventilelementes verlangsamt wird. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Anschluss immer zumindest teilweise offen bleibt. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, die weiter Folgendes aufweist:

eine Druckkammer (68) in Verbindung mit dem Spitzenende des Nadelventilelementes; und

einen Versorgungsdurchlassweg (70) in Verbindung mit der Druckkammer und konfiguriert, um kontinuierlich unter Druck gesetzten Brennstoff mit der Druckkammer während des Betriebs der Brennstoffeinspritzvorrichtung zu verbinden.
Verfahren zur Einspritzung von Brennstoff in eine Brennkammer (22) eines Motors (10), wobei das Verfahren Folgendes aufweist:

Leiten von unter Druck gesetztem Brennstoff zu mindestens einer Zumessöffnung (80) eines Düsengliedes (56);

selektive Bewegung eines Nadelventilelementes (58), um einen Brennstofffluss durch die mindestens eine Zumessöffnung mit einem Spitzenende (82) des Nadelventilelementes zu gestatten und zu blockieren; und

selektives Ableiten von Brennstoff von einem Basisende (100) des Nadelventilelementes durch einen Anschluss (75) in einem Seitenwandteil der Steuerkammer, um eine axiale Bewegung des Nadelventilelementes einzuleiten, wobei der Seitenwandteil radial relativ zur axialen Bewegung des Nadelventilelementes angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ableiten von Brennstoff aus der Steuerkammer die Bewegung des Nadelventilelementes in eine Zumessöffnungsöffnungsrichtung einleitet. Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter aufweist, zumindest teilweise den Anschluss mit dem Nadelventilelement während der Bewegung des Nadelventilelementes zu blockieren, um den Brennstofffluss von der Steuerkammer einzuschränken, wodurch die Bewegung des Nadelventilelementes verlangsamt wird. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Anschluss immer zumindest teilweise offen bleibt. Arbeitsmaschine (5), die Folgendes aufweist.

einen Motor (10), der konfiguriert ist, um eine Leistungsausgabe zu erzeugen, wobei der Motor zumindest eine Brennkammer (22) hat; und

eine Brennstoffeinspritzvorrichtung (32) nach einem der Ansprüche 1-5, die konfiguriert ist, um unter Druck gesetzten Brennstoff in die mindestens eine Brennkammer des Motors einzuspritzen.






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