-
Technisches Gebiet
-
Diese
Patentoffenbarung betrifft allgemein Kraftstoffinjektoren für Motoren
mit innerer Verbrennung, und insbesondere Kraftstoffinjektoren,
die in Verbindung mit Hochdruck-Common-Rail-Kraftstoffversorgungen
verwendet werden.
-
Hintergrund
-
Kraftstoffinjektoren
werden zum Einspritzen gesteuerter Kraftstoffmengen in eine Verbrennungskammer
eines Motors mit innerer Verbrennung verwendet. Typische Kraftstoffinjektoren
enthalten einen Körper
oder ein Gehäuse,
der oder das einen oder mehrere Aktuatoren enthält, die zum Betätigen von Ventilen
angeordnet sind, die Kraftstoff mit einem hohen Druck aus dem Injektor
und in den Motor leiten. Genauer bildet ein typisches Injektorgehäuse eine Nadelkammer,
die an einem distalen Ende des Injektors angeordnet ist und bei
einer „Düse” endet.
Für Motoren
mit direkter Einspritzung ragt die Düse im Allgemeinen zumindest
teilweise in die Verbrennungskammer des Motors hinein. Die Düse bildet mehrere
Düsenöffnungen
aus, die zum Einspritzen oder Sprühen von mit Druck beaufschlagtem
Kraftstoff aus der Nadelkammer in die Verbrennungskammer ausgebildet
sind.
-
Ein
Kraftstoffstrom durch die Düsenöffnungen
wird mittels eines Nadel- oder Rückschlagventils gesteuert,
das zum Ausführen
einer Hin- und Herbewegung in der Nadelkammer angeordnet ist. Ein
typisches Nadelventil kann selektiv zum Zuführen von Kraftstoff aus der
Nadelkammer zu gewünschten Zeitpunkten
und für
gewünschte
Zeitdauern betätigt werden.
Die zeitliche Steuerung der Einspritzvorgänge oder Nadelventilbetätigungen
kann von Faktoren wie der Betriebsdrehzahl des Motors abhängen. Die Dauer
jeder Einspritzung hängt
häufig
zumindest teilweise von der pro Verbrennungshub des Motors erwünschten
Kraftstoffmenge oder, anders gesagt, von der Ausgangsleistung des
Motors ab.
-
Im
Hinblick auf strengere Anforderungen hinsichtlich Emissionen und
eines Kraftstoffverbrauchs ist es erforderlich, dass Kraftstoffinjektoren
mit höheren
Einspritzdrücken
und einer höheren
Genauigkeit arbeiten.
-
Zusammenfassung
-
Es
sind ein Kraftstoffinjektor und ein Montageverfahren für denselben
offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Ermitteln verschiedener
Durchströmungsquerschnitte,
die in Zwischenräumen
oder Öffnungen
vorhanden sind, die in Bauteilen des Injektors ausgebildet sind.
Die Injektorbauteile werden basierend auf ihren jeweiligen Durchströmungsquerschnitten
derart klassifiziert, dass Gruppen von Bauteilen ausgewählt werden
können,
die gewünschte Durchströmungsquerschnittseigenschaften
für eine Montage
des Kraftstoffinjektors aufweisen. Demzufolge weisen die hierin
offenbarten Ausführungsformen
von Kraftstoffinjektoren die verschiedenen, sich auf die Leistungsfähigkeit
auswirkenden Steuerungszwischenräume
und -öffnungen
auf, die zum Ermöglichen
einer separaten Klassifizierung der verschiedenen Bauteile an separaten
Bauteilen ausgebildet sind.
-
Gemäß einem
Aspekt beschreibt die Offenbarung ein Verfahren zur Montage eines
Kraftstoffinjektors. Zunächst
wird ein Zwischenraum-Durchströmungsquerschnitt
einer Baugruppe ermittelt, die eine in einer Nadelführung angeordnete
Nadel enthält, und
die Baugruppe wird basierend auf dem Zwischenraum-Durchströmungsquerschnitt
klassifiziert. Ferner wird ein Durchlass-Durchströmungsquerschnitt
einer Platte mit einem darin ausgebildeten Durchlass ermittelt,
und die Platte wird ebenfalls basierend auf dem Durchlass-Durchströmungsquerschnitt
klassifiziert. Eine Baugruppe wird basierend auf ihrem Durchströmungsquerschnitt
zum Zusammenwirken mit dem Durchlass-Durchströmungsquerschnitt einer Platte
und Erhalten einer aufeinander abgestimmten Gruppe von Bauteilen
ausgewählt. Die
jeweiligen Durchströmungsquerschnitte
jeder aufeinander abgestimmten Gruppe werden derart ausgewählt, dass
ein Verhältnis
des Zwischenraumquerschnitts zu dem Durchlass-Durchströmungsquerschnitt
innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Anschließend wird
ein Kraftstoffinjektor unter Verwendung der aufeinander abgestimmten
Gruppe zusammengebaut.
-
Gemäß einem
anderen Aspekt beschreibt die Offenbarung einen Kraftstoffinjektor,
der ein Gehäuse
mit einem Dreiwege-Zweipositions-(3-2)-Ventil aufweist. Das 3-2-Ventil weist
eine erste Öffnung,
die fluidmäßig mit
einer zweiten Öffnung
verbunden ist, wenn sich das Ventil in einer ersten Position befindet, und
eine dritte Öffnung
auf, die fluidmäßig mit
der ersten Öffnung
verbunden ist, wenn sich das Ventil in einer zweiten Position befindet.
Eine Nadelführung bildet
eine Führungsöffnung,
die einen Führungsteil der
Nadel aufnimmt, wobei zwischen denselben ein Zwischenraum festgelegt
ist. Eine zweite Platte bildet eine Bohrungsöffnung, die benachbart zu der
Nadelführung
angeordnet ist, derart, dass die Bohrungsöffnung mit der Führungsöffnung ausgerichtet
ist. Eine erste Platte bildet einen ersten Durchlass, der in Fluidverbindung
mit der ersten Öffnung
des 3-2-Ventils steht. Die erste Platte ist auf der zweiten Platte
gestapelt und umgibt eine Steuerungskammer, die eine Schließhydraulikfläche der
Nadel benetzt. Die Steuerungskammer erstreckt sich zwischen der
Schließhydraulikfläche, der
Bohrungsöffnung
in der zweiten Platte und der ersten Platte, derart, dass die Steuerungskammer
fluidmäßig durch
den ersten Durchlass und den Zwischenraum zugänglich ist.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
ein Querschnitt eines Kraftstoffinjektors gemäß einer ersten Ausführungsform
der Offenbarung.
-
2 ist
ein detaillierter Querschnitt des in 1 gezeigten
Kraftstoffinjektors.
-
3 ist
ein Querschnitt eines Teils einer zweiten Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors gemäß der Offenbarung.
-
4 ist
ein Querschnitt eines Teils einer dritten Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors
gemäß der Offenbarung.
-
5 ist
ein Flussdiagramm für
ein Verfahren zur Montage eines Kraftstoffinjektors gemäß der Offenbarung.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Die
vorliegende Offenbarung betrifft Kraftstoffinjektoren zur Verwendung
in Motoren mit innerer Verbrennung. Motoren mit innerer Verbrennung
enthalten mehrere Verbrennungszylinder, die sich hin und her bewegende
Kolben enthalten. Die sich hin und her bewegenden Kolben komprimieren
zyklisch ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff, das unter Abgabe von
Leistung verbrennt, die während
eines Expansionshubs jeden Kolben verschiebt. Der Kolben wird anschließend während eines
Kontraktionshubs zurück
in den Verbrennungszylinder geschoben, und der Prozess wiederholt
sich während
des Betriebs des Motors. Diese Hin- und Herbewegung der Kolben,
die über
Verbindungsstangen mit einer Kurbelwelle verbunden sind, wird in
eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt. Moderne Motoren weisen
Kraftstoffinjektoren auf, die während
des Betriebs des Motors zu vorbestimmten Zeiten Kraftstoff direkt
in jeden Verbrennungszylinder einspritzen. Solche Motoren können ferner
ein Kraftstoffförderungs-
und/oder -druckbeaufschlagungssystem enthalten, das zu jedem Injektor
mit Druck beaufschlagten Kraftstoff liefert. Typischerweise ist
jeder Verbrennungszylinder des Motors einem jeweiligen Kraftstoffinjektor
zugeordnet, der zum Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder
angeordnet ist.
-
Die
verschiedenen Ausführungsformen
von Kraftstoffinjektoren, die hierin beschrieben sind, sind in Verbindung
mit Kraftstoffinjektoren zur Verwendung mit einer Hochdruck-Common-Rail-(engl.:
high pressure common rail, HPCR)-Kraftstoffversorgung beschrieben,
es ist jedoch offensichtlich, dass die beschriebenen Vorrichtungen
und Verfahren bei anderen Arten von Kraftstoffinjektoren breite
Anwendung finden. Beispielsweise kann der offenbarte Kraftstoffinjektor
bei Hybridkraftstoffversorgungen eingesetzt werden, die zum Erhöhen des
Einspritzdrucks des eingespritzten Kraftstoffs ein Betätigungsfluid, Kraftstoff
oder Öl
verwenden. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich
der Erläuterung
und sollen nicht als beschränkend
aufgefasst werden.
-
1 zeigt
einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors 100.
Ein detaillierterer Querschnitt des Kraftstoffinjektors 100 ist
in 2 gezeigt. Der Injektor 100 enthält im Allgemeinen
einen Gehäuse- oder Steuerungsteil 102,
der ein Dreiwege-Zweipositions-(3-2)-Venitl 104 enthält, einen
Verlängerungsteil 106 und
einen Einspritzungsteil 108. Der Steuerungsteil 102 ist
so gezeigt, dass er nahe bei einem oberen oder einem ersten distalen
Ende 101 des Injektors 100 angeordnet ist. Elektrische
Verbinder (nicht gezeigt) können
elektrische Steuerungssignale zu einem Aktuator oder Solenoid 110 übertragen,
der oder das einen mit einem Teller 114 verbundenen Kern 112 betreibt.
Eine Tellerstange 116 und der Kern 112 sind so
angeordnet, dass sie sich in einer axialen Richtung bewegen, wenn
das Solenoid 110 erregt wird. Die Tellerstange 116,
die in Verbindung mit dem Teller 114 arbeitet, ermöglicht eine
Wirkung des 3-2-Ventils 104 zum fluidmäßigen Verbinden einer ersten Öffnung 118 mit
einer zweiten Öffnung 120,
wenn sich der Kern 112 wie in 2 gezeigt
in einer ersten oder deaktivierten Position befindet. Die Tellerstange 116 und
der Teller 114 arbeiten, um die erste Öffnung 118 durch Bewegen
des Kerns 112 in eine zweite oder aktivierte Position fluidmäßig mit
einer dritten Öffnung 122 zu
verbinden.
-
Der
Verlängerungsteil 106 enthält eine
Einlassschnittstelle 124 für mit Druck beaufschlagten Kraftstoff,
die für
eine Verbindung mit einer (nicht gezeigten) Leitung angeordnet ist,
die mit einer Common Rail oder einem Reservoir (nicht gezeigt) verbunden
ist, das während
eines Betriebs Kraftstoff mit einem hohen Druck oder einem Zufuhrdruck
enthält. Der
Einspritzungsteil 108 enthält eine Kegelmutter 126,
die zum Ausbilden eines inneren Ablaufkanals 128 schraubbar
mit dem Verlängerungsteil 106 verbunden
ist. Eine oder mehrere in der Kegelmutter 126 ausgebildete
Ablauföffnungen 130 (zwei
sind gezeigt) sind zum Leiten von Kraftstoff mit einem niedrigen
Druck oder einem Rückführdruck
aus dem Injektor 100 zu einem (nicht gezeigten) Kraftstoffreservoir
angeordnet. Die Ablauföffnungen 130 sind über (nicht
gezeigte) Ablaufkanäle,
die in dem Verlängerungsteil 106 ausgebildet
sind, fluidmäßig mit
der dritten Öffnung 122 des
3-2-Ventils 104 verbunden.
-
Die
Kegelmutter 126 bildet ferner an ihrem distalen Ende eine
Düsenöffnung 132 aus.
Ein allgemein zylindrisches Nadelgehäuse 134 bildet einen Düsenteil 136 aus,
der sich zum Festlegen eines zweiten distalen Endes 133 des
Injektors 100 von der Düsenöffnung 132 erstreckt.
Ein Federkammerteil 138 des Nadelgehäuses 134 befindet
sich in dem inneren Ablaufkanal 128 der Kegelmutter 126.
Die Düse 136 bildet
mehrere Düsenöffnungen 140 aus, die
zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer eines
(nicht gezeigten) Motors während
eines Betriebs angeordnet ist.
-
Aus
den Düsenöffnungen 140 eingespritzter Kraftstoff
befindet sich während
eines Betriebs auf oder nahe an dem Zufuhrdruck und füllt eine
Nadelkammer 142, die im Inneren des Düsenteils 136 festgelegt
ist. Eine Federkammer 144 ist in dem Federkammerteil 138 festgelegt
und steht in Fluidverbindung mit der Nadelkammer 142. Die
Nadelkammer 142 und die Federkammer 138 stehen über einen
Zufuhrdruckkanal 146 in direkter Fluidverbindung mit der
Kraftstoffeinlassschnittstelle 124. Die Federkammer 144 steht
ebenfalls in Fluidverbindung mit einem Längszufuhrdruckkanal 148,
der sich zwischen der Federkammer 138, durch den Verlängerungsteil 106 und
zu der zweiten Öffnung 120 des
3-2-Ventils 104 erstreckt.
-
Eine
Nadel 150 mit einem Nadelsitzteil 152 und einem
Führungsteil 154 ist
zumindest teilweise in dem Nadelgehäuse 134 untergebracht.
-
Der
Ventilsitzteil 152 der Nadel 150 kontaktiert den
Düsenteil 136 des
Nadelgehäuses 134 derart,
dass die Nadelöffnungen 140 fluidmäßig von
der Nadelkammer 142 getrennt sind, wenn sich die Nadel 150 in
der geschlossenen oder deaktivierten Position befindet. Eine Feder 156 und
ein Haltering 158 sind innerhalb der Federkammer 144 angeordnet
und umgeben einen Abschnitt des Führungsteils 154 der
Nadel 150. Die Feder 156 kann zwischen einem an
der Nadel 150 ausgebildeten Vorsprung 160 und
einer Nadelführung
oder einem Nadelführungsblock 162, die
oder der innerhalb der Kegelmutter 126 an dem Nadelgehäuse 134 anliegen,
teilweise zusammengedrückt
werden, wenn sich die Nadel 150 in der geschlossenen Position
befindet. Der Nadelführungsblock 162 bildet
eine Längsführungsöffnung 164 aus, die
den Führungsteil 154 der
Nadel 150 umgibt und dichtend, jedoch gleitfähig, in
Eingriff nimmt.
-
Eine
zweite Platte oder eine Abstandshalterplatte 166, die eine
sich durch dieselbe erstreckende Bohrung 168 ausbildet,
ist derart über
dem Führungsblock 162 gestapelt,
dass die Bohrung 168 mit der Längsführungsöffnung 164 ausgerichtet
ist. Es ist offensichtlich, dass die Abstandshalterplatte 166 zwei
zusätzliche
Durchgangsöffnungen 169 ausbildet,
die jeweils teilweise die Zufuhrdruckkanäle 146 und 148 festlegen.
Eine erste Platte oder eine Durchlassplatte 170 ist innerhalb
der Kegelmutter 126 über der
Abstandshalterplatte 166 gestapelt. Die Durchlassplatte 170 bildet
ebenfalls zwei Durchgangsöffnungen 174 aus,
die jeweils teilweise die Zufuhrdruckkanäle 146 und 148 festlegen.
-
Eine
Steuerungskammer 176 ist lateral innerhalb der Bohrung 168 der
Abstandshalterplatte 166 festgelegt. Die Steuerungskammer 176 erstreckt sich
axial zwischen der Durchlassplatte 170 und einer Schließhydraulikfläche 178,
die gegenüber
dem Ventilsitzteil 152 derselben an einem distalen Ende der
Nadel 150 festgelegt ist. Das Volumen der Steuerungskammer 176 ändert sich,
wenn sich die Nadel 150 in dem Nadelgehäuse 134 longitutinal
bewegt. Die Steuerungskammer 176 steht über eine zweite oder Zufuhrdrucköffnung oder einen
Durchlass 180, die oder der in der Durchlassplatte 170 ausgebildet ist,
fluidmäßig mit
der Nadelkammer 142 in Verbindung. Die zweite Öffnung 180 verbindet
die Steuerungskammer 176 fluidmäßig mit einer Kraftstoffquelle,
die sich auf dem Zufuhrdruck befindet, in diesem Fall mit dem Längszufuhrdruckkanal 148.
Während eines
Betriebs ist die Steuerungskammer 176 zum Aufnehmen von
Kraftstoff auf dem Zufuhrdruck über die
zweite Öffnung 180 angeordnet.
Bei einigen Ausführungsformen
kann ein zwischen dem Führungsteil 154 der
Nadel 150 und der Führungsöffnung 164 des Nadelführungsblocks 162 festgelegter
Zwischenraum 182 ebenfalls der Steuerungskammer 176 Kraftstoff
auf dem Zufuhrdruck zuführen,
beispielsweise aus der Nadelkammer 142. Der Zwischenraum 182 kann
sich weiter zum Bereitstellen eines Durchströmungswegs für ein Fluid, das zwischen denselben
durchtritt, in die Steuerungskammer 176 zwischen dem Führungsteil 154 der
Nadel 150 und der Bohrung 168 der Abstandshalteplatte 166 erstrecken.
-
Eine
erste oder Rückführdrucköffnung oder ein
Durchlass 184 ist in der Durchlassplatte 170 ausgebildet
und zum fluidmäßigen Verbinden
der ersten Öffnung 118 des
3-2-Ventils 104 mit der Steuerungskammer 176 über einen
(nicht gezeigten) Verbindungskanal angeordnet, der sich durch den
Verlängerungsteil 106 erstreckt.
Die erste Öffnung 184 ist über die
Wirkung des 3-2-Ventils 104 zum Zuführen von Kraftstoff mit dem
Zufuhrdruck zu der Steuerungskammer 176 angeordnet, wenn
das 3-2-Ventil 104 deaktiviert ist und die erste Öffnung 118 mit
der zweiten Öffnung 120 verbunden
ist. Auf ähnliche Weise
verbindet eine Aktivierung des 3-2-Ventils 104 die Steuerungskammer 176 fluidmäßig mit
einem Rückführ- oder
Ablaufdruck, durch fluidmäßiges Verbinden
der ersten Öffnung 118 mit
der dritten Öffnung 122 des
3-2-Ventils 104. Bei dieser Ausführungsform läuft Kraftstoff
aus der Steuerungskammer 176 ab, wenn das 3-2-Ventil 104 aktiviert
wird.
-
Während des
Betriebs des Kraftstoffinjektors 100 wird Kraftstoff mit
dem Zufuhrdruck, beispielsweise Drücke von 190 MPa oder mehr,
zu der Nadelkammer 142 geleitet. Wenn das 3-2-Ventil 104 nicht aktiv
ist, ist die Steuerungskammer 176 mit Kraftstoff auf dem
Zufuhrdruck gefüllt,
der durch den zweiten Durchlass 180, den ersten Durchlass 184 und
den Zwischenraum 182 zu der Steuerungskammer 176 weitergeleitet
wird. In diesem Zustand spritzt der Kraftstoffinjektor 100 keinen
Kraftstoff aus den Öffnungen 140,
da die Nadel 150 zu der aufgesetzten oder geschlossenen
Position getrieben wird. Eine Kompression der Feder 156 drückt die
Nadel 150 in Richtung der geschlossenen Position, und ein
Hydraulikdruck, der durch den Kraftstoff auf sowohl den Nadelsitzteil 152 als
auch die Hydraulikschließfläche 178 der
Nadel aufgebracht wird, ergibt eine Vorspannkraft zum Schließen der
Nadel 150.
-
Wenn
das 3-2-Ventil aktiviert wird und der erste Durchlass 184 mit
dem Rückführdruck
verbunden ist, verringert sich der Druck im Inneren der Steuerungskammer 176 auf
den Rückführ- oder
Atmosphärendruck.
Dieser Druckabfall in der Steuerungskammer 176 entfernt
eine Komponente der Hydraulikdruckkraft, die auf die Schließhydraulikfläche 178 wirkt,
was die Vorspannkraft an der Nadel 150 von einer Schließvorspannung
in eine Öffnungsvorspannung
umkehrt. Somit bewegt sich die Nadel 150 weg von ihrem
Sitz, was bewirkt, dass durch die Öffnungen 140 Kraftstoff
auf dem Zufuhrdruck aus dem Injektor 100 austritt. Daher
tritt das Entfernen der Nadel 150 von ihrem Sitz, das manchmal
als ein Einspritzungseinleitungsvorgang bezeichnet wird, auf, wenn das
3-2-Ventil 104 aktiviert wird.
-
Der
Druck in der Steuerungskammer 176 nach der Einleitung des
Einspritzvorgangs wird unterhalb des Zufuhrdrucks aufrechterhalten,
auch wenn über
den zweiten Durchlass 180 und den Zwischenraum 182 Kraftstoff
auf dem Zufuhrdruck in die Steuerungskammer 176 eintreten
kann. Das Aufrechterhalten des Drucks in der Steuerungskammer 176 unterhalb
des Zufuhrdrucks wird durch geeignetes Dimensionieren des ersten
Durchlasses 184 zum Bereitstellen eines größeren Durchströmungsquerschnitts
als kombinierte Durchströmungsquerschnitte des
zweiten Durchlasses 180 und des Zwischenraums 182 erreicht.
Beispielsweise ist das Verhältnis zwischen
dem Durchströmungsquerschnitt
des ersten Durchlasses 184 und dem kombinierten Durchströmungsquerschnitt
des zweiten Durchlasses 180 und des Zwischenraums 182 größer als
1 und kann zwischen etwa 1,01 und 1,50 liegen. Es ist offensichtlich,
dass der Zwischenraum 182 einen vernachlässigbaren
Beitrag zu dem Durchströmungsquerschnitt des
zweiten Durchlasses 180 liefern kann. In solch einem Fall
kann der Durchströmungsquerschnitt
des Zwischenraums 182 verglichen mit den Durchströmungsquerschnitten
des ersten Durchlasses 184 und des zweiten Durchlasses 180 als
gleich Null oder vernachlässigbar
betrachtet werden.
-
Wenn
eine Beendigung des Einspritzvorgangs erwünscht ist, wird das 3-2-Ventil 104 über elektrische
Steuerungssignale, die das Solenoid aberregen, deaktiviert. Dies
verbindet wiederum den ersten Durchlass 184 mit dem Zufuhrdruck.
Wenn der erste Durchlass 184 die Steuerungskammer 176 dem
Zufuhrdruck aussetzt, erhöht
sich der Druck im Inneren der Steuerungskammer 176 und
stellt die Hydraulikdruckkraftkomponente, die an der Schließhydraulikfläche 178 wirkt,
zum Treiben der Nadel 150 zu ihrer geschlossenen Position
wieder her. Die relativ verringerten Durchströmungsquerschnitte der Durchlässe und
des Zwischenraums, die ein Füllen der
Steuerungskammer 176 bewirken, tragen zu einer Pufferwirkung
bei, wenn die Nadel 150 geschlossen wird, und vermeiden
so ein abruptes Aufsetzen oder Aufschlagen der Nadel 150 auf
dem Nadelgehäuse 236.
-
Ein
detaillierter Querschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors 200 ist
in 3 gezeigt. Gleiche oder ähnliche Elemente der ersten
und der zweiten Ausführungsform
sind bezüglich
der zweiten Ausführungsform
mit Bezugsziffern bezeichnet, deren erste Stelle „2” ist, wobei
die letzten beiden Stellen für
jedes entsprechende Element der Einfachheit halber dieselben sind.
Bei der zweiten Ausführungsform
umgibt eine Kegelmutter 226 das Nadelgehäuse 236,
die Nadel 250, den Führungsblock 262,
eine zweite Platte 266 und eine erste Platte 270.
Das Nadelgehäuse 236 umschließt eine Nadelkammer 242,
die in Fluidverbindung mit einem Zufuhrdruckkanal 246 steht.
Der Zufuhrdruckkanal ist fluidmäßig mit
einem (nicht gezeigten) Reservoir verbunden, das Kraftstoff auf
dem Zufuhrdruck enthält, und über einen
Längszufuhrdruckkanal 248,
der sich durch den Verlängerungsteil 206 erstreckt,
mit der (nicht gezeigten) zweiten Öffnung eines 3-2-Ventils. Eine
Feder 256 und ein Haltering 258 befinden sich im
Inneren der Federkammer 244 und bringen eine Schließfederkraft
auf einen an der Nadel 250 ausgebildeten Vorsprung 260 auf.
-
Der
Betrieb des Injektors 200 ist ähnlich zu dem Betrieb des in
Verbindung mit der ersten Ausführungsform
beschriebenen Injektors, insofern, als eine Steuerungskammer 276 zum
Vorspannen von Kräften
in einer Schließrichtung über der
Nadel 250 arbeitet, wenn der Injektor 200 keinen
Einspritzvorgang durchführt.
Wenn eine Einspritzung erwünscht
ist, wird ein erster Durchlass 284 fluidmäßig mit
einem Rückführ- oder
Atmosphärendruck
verbunden, was einen Druckabfall in der Steuerungkammer 276 bewirkt.
Der Druckabfall ändert
die Hydraulikdruckkraftvorspannung, die an der Nadel 250 wirkt,
was der Nadel ermöglicht,
sich in einer Öffnungsrichtung
zu bewegen. Nach einer Beendigung des Einspritzvorgangs wird in
der Steuerungskammer 276 der Zufuhrdruck wiederhergestellt,
was bewirkt, dass die Nadel 250 in eine Schließrichtung
gedrückt
wird.
-
Ein
Unterschied im Hinblick auf den Aufbau des Injektors 200 der
zweiten Ausführungsform
und des Injektors 100 der ersten Ausführungsform besteht in dem Fehlen
des zweiten Durchlasses, der in der ersten Ausführungsform (siehe 1 und 2) mit 180 bezeichnet
ist, bei der ersten Platte 270 der zweiten Ausführungsform.
Die erste Platte 270 enthält keinen Durchlass, der die
Steuerungskammer 276 fluidmäßig direkt mit einer Zufuhrdruckquelle verbindet.
Die erste Öffnung 284 verbindet
die Steuerungskammer 276 intermittierend durch eine Betätigung des
3-2-Ventils mit dem in der Nadelkammer 242 vorliegenden
Zufuhrdruck. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Fluidverbindung
der Steuerungskammer 276 mit dem Zufuhrdruck durch eine Leckage
von Kraftstoff in die Steuerungskammer 276 über den
Zwischenraum 282 zwischen der Nadel 250 und dem
Führungsblock 262 und/oder
die Abstandshalterplatte 266 erhalten.
-
Ein
detaillierter Querschnitt einer dritten Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors 300 ist
in 4 gezeigt. Gleiche oder ähnliche Elemente der ersten,
der zweiten und nun der dritten Ausführungsform sind im Hinblick
auf die dritte Ausführungsform durch
Bezugsziffern mit „3” als ihrer
ersten Stelle bezeichnet, wobei die letzten beiden Stellen der Einfachheit
halber für
jeweils entsprechende Elemente dieselben sind. Bei der dritten Ausführungsform
umgibt die Kegelmutter 326 das Nadelgehäuse 336, die Nadel 350,
den Führungsblock 362,
eine zweite Platte 366 und eine erste Platte 370.
Das Nadelgehäuse 336 legt
eine Nadelkammer 342 fest, die in Fluidverbindung mit einem
(nicht gezeigten) Reservoir steht, das Kraftstoff auf dem Zufuhrdruck
enthält,
und über einen
Längszufuhrdruckkanal 348,
der sich wie vorher beschrieben durch den Verlängerungsteil 306 erstreckt,
mit der zweiten Öffnung
eines (nicht gezeigten) 3-2-Ventils. Eine Feder 356 und
ein Haltering 358 befinden sich im Inneren einer Federkammer 344 und
bringen eine Schließfederkraft
auf einen an der Nadel 350 ausgebildeten Vorsprung 360 auf.
-
Der
Betrieb des Injektors 300 ist ähnlich zu dem Betrieb der Injektoren 100 und 200,
die jeweils in Verbindung mit der ersten und der zweiten Ausführungsform
beschrieben wurden. Eine Steuerungskammer 376 arbeitet,
um Kräfte
auszugleichen, die eine Schließvorspannung über der
Nadel 350 aufweisen, wenn der Injektor 300 nicht
aktiviert ist. Wenn eine Einspritzung erwünscht ist, wird ein in der
ersten Platte 370 ausgebildeter Steuerungsdurchlass oder ein
erster Durchlass 384 zum Bewirken eines Druckabfalls in
der Steuerungskammer 376 fluidmäßig mit einem Nieder- oder
Rückführ- oder
Ablaufdruck verbunden. Die Reduzierung des Drucks in der Steuerungskammer 376 kehrt
die Vorspannkräfte
um und ermöglicht
eine Bewegung der Nadel 350 in einer Öffnungsrichtung. Wenn eine
Beendigung der Einspritzung erwünscht
ist, wird in der Steuerungskammer 376 der Zufuhrdruck wiederhergestellt.
Der wiederhergestellte Zufuhrdruck wirkt zum Umkehren der Vorspannkräfte, die
an der Nadel 350 wirken, derart, dass der Druck in der
Steuerungskammer 376 die Schließhydraulikfläche 378 der
Nadel 350 zu einer geschlossenen Position treibt.
-
Ein
Unterschied bezüglich
des Aufbaus des Injektors 300 der dritten Ausführungsform
und des Aufbaus des Injektors der ersten Ausführungsform besteht darin, dass
der zweite Durchlass 380, der ebenfalls als der Ausgleichsdurchlass
bezeichnet wird, anstatt in der ersten Platte 370 in der
zweiten Platte 366 ausgebildet ist. Der zweite Durchlass 380 verbindet
die Steuerungskammer 376 fluidmäßig mit Kraftstoff auf dem
Zufuhrdruck in dem Kanal 346. Die erste Platte 370 weist
keinen Durchlass auf, der die Steuerungskammer 376 fluidmäßig mit
der Nadelkammer 342 verbindet. Stattdessen verbindet der
an der zweiten Platte 366 ausgebildete erste Durchlass 384 durch
das (hier nicht gezeigte) 3-2-Ventil die Steuerungskammer 376 intermittierend
mit dem Zufuhrdruck. Wie bei der ersten Ausführungsform wird die Verbindung
der Steuerungskammer 376 mit der Nadelkammer 342 teilweise
durch eine Leckage von Kraftstoff in die Steuerungskammer 376 über den Zwischenraum 382 zwischen
der Nadel 350 und dem Führungsblock 362 und
teilweise durch den zweiten Durchlass 380 erzielt. Es ist
offensichtlich, dass bei dieser Ausführungsform der Durchströmungsquerschnitt
des Zwischenraums 382, der manchmal auch als die Düsenrückleckage
bezeichnet wird, etwa gleich Null oder vernachlässigbar sein kann. Wie hierin
verwendet, kann vernachlässigbar
bedeuten, dass der Durchströmungsquerschnitt
des Zwischenraums 380 sehr klein ist oder verglichen mit
dem Durchströmungsquerschnitt
des zweiten Durchlasses 380 weniger als etwa 15% beträgt.
-
Gewerbliche Anwendbarkeit
-
Die
vorliegende Offenbarung ist auf Kraftstoffinjektoren zur Verwendung
mit Motoren mit innerer Verbrennung anwendbar. Die hierin offenbarten Kraftstoffinjektoren
enthalten Nadelventile, die den Zeitpunkt und die Rate einer Kraftstoffeinspritzung
in den Motor steuern. Die Bewegung und die Beschleunigung der Nadel
während
Einspritzeinleitungs- und -beendigungsvorgängen hängt zumindest teilweise von
dem Kraftstoffstrom in die und aus der Steuerungskammer während eines
Betriebs ab. Diese Bewegung von Fluid hängt von den jeweiligen Durchströmungsquerschnitten
des bzw. der in den verschiedenen Platten ausgebildeten Durchlasses
bzw. Durchlässe
und des Zwischenraums zwischen der Nadel und der Führung ab,
die die Steuerungskammer mit Fluidquellen auf dem Zufuhrdruck und
mit verschiedenen Öffnungen
des 3-2-Ventils verbinden. Genauer erfolgt der in die Steuerungskammer
eintretende und aus derselben austretende Fluidstrom bei den drei
Ausführungsformen
durch den zweiten Durchlass 180 oder 380, sofern
vorhanden, den Zwischenraum 182, 282 oder 382 und
den ersten Durchlass 184, 284 und 384.
Die Leistungsfähigkeit
des Injektors kann von dem Verhältnis
zwischen dem Durchströmungsquerschnitt
der ersten Öffnung
zu der Summe der Durchströmungsquerschnitte
des Zwischenraums zwischen der Nadel und der Führung und dem zweiten Durchlass
abhängen,
sofern dieser vorhanden ist. Wenn zugelassen wird, dass sich dieses
Verhältnis
als eine Folge von Abmessungstoleranzen ändert, die bei typischen Herstellungsprozessen
auftreten, kann die Variation der Leistungsfähigkeit von Injektoren innerhalb
einer Probenpopulation fast 10% ausmachen, oder alternativ bis zu
2 Kubikmillimeter Kraftstoff pro Einspritzvorgang bei einem Zufuhrdruck
von etwa 190 MPa. Demzufolge ist eine genauere Abmessungssteuerung
bestimmter Abmessungen erwünscht,
die die typischen Möglichkeiten
von Herstellern übersteigt, solche
strengeren Toleranzen führen
jedoch typischerweise zu einem erhöhten Aufwand und einem erhöhten Ausschussanteil
in dem Herstellungsprozess.
-
Der
Herstellungsprozess eines Kraftstoffinjektors kann vorteilhafterweise
dahingehend verbessert werden, dass er eine oder mehrere Strömungsratenuntersuchungen
einzelner Bauteile beinhaltet, die den jeweiligen Injektor bilden,
zum Ermitteln ihrer jeweiligen Durchströmungsquerschnitte und entsprechenden
Klassifizieren jedes Bauteils. Die klassifizierten Bauteile können dann
einzeln ausgewählt und
mit anderen darauf abgestimmten Bauteilen kombiniert oder abgestimmt
werden. Die resultierende Kombination von Bauteilen wird nach einer
Montage die gewünschten
Durchströmungsquerschnittsverhältnisse
der fertiggestellten Injektoranordnung erzielen. Die Strömungsuntersuchung
von Injektorbauteilen kann weiter durch Aufnehmen der verschiedenen
Durchlässe
und/oder Zwischenräume
in Injektorbauteile erleichtert werden, die flache Oberflächen aufweisen,
zum Ermöglichen
eines Abdichtens um jeden Durchlass, während die Strömungsuntersuchung
durchgeführt
wird.
-
Ein
Flussdiagramm für
ein Montageverfahren für
einen Injektor mit einem bekannten Verhältnis von Durchströmungsquerschnitten,
die mit einer Steuerungskammer des Injektors in Verbindung stehen,
ist in 5 gezeigt. Wenngleich der Herstellungsprozess
für einen
Kraftstoffinjektor zahlreiche Prozesse beinhaltet, sind hierin der
Einfachheit halber die Prozesse dargestellt, die die Verbesserung
eines typischen Herstellungsprozesses betreffen, einschließlich einer
Strömungsuntersuchung
von Bauteilen. Das hierin beschriebene Verfahren ist zur Veranschaulichung
anhand eines Beispiels in Bezug auf die dritte Ausführungsform
eines Kraftstoffinjektors beschrieben, es ist jedoch offensichtlich,
dass das Verfahren auf Injektoren gemäß der ersten und der zweiten
Ausführungsform
oder Äquivalente
derselben anwendbar ist.
-
Ein
Teil des Montageprozesses für
einen Kraftstoffinjektor beinhaltet die Herstellung einer zweiten
Platte mit einem zweiten darin ausgebildeten Durchlass, beispielsweise
der zweiten Platte 366, die den darin ausgebildeten zweiten
Durchlass 380 aufweist. Die zweite Platte wird über eine geeignete Montagevorrichtung
mit einer Strömungsuntersuchungsmaschine
verbunden, die dazu in der Lage ist, zum Messen eines äquivalenten
Durchströmungsquerschnitts
des zweiten Durchlasses in Schritt 502 ein Fluid mit einem
vorbestimmten Druck durch den Durchlass strömen zu lassen. In Schritt 504 wird
das Strömungsuntersuchungsgerät zum Ermitteln
des Durchströmungsquerschnitts
des zweiten Durchlasses verwendet. Nach der Strömungsuntersuchung und abhängig von
der Messung des Durchströmungsquerschnitts
des Durchströmungsdurchlasses kann
die zweite Platte in Schritt 506 basierend auf dem Durchströmungsquerschnitt
der zweiten Öffnung
klassifiziert werden.
-
Auf ähnliche
Weise kann eine erste Platte hergestellt werden, die einen darin
ausgebildeten ersten Durchlass aufweiset, beispielsweise die erste Platte 370,
die den darin ausgebildeten ersten Durchlass 384 aufweist,
wie unter Bezugnahme auf die dritte Ausführungsform beschrieben wurde.
Die erste Platte kann in Schritt 508 über eine Montagevorrichtung
mit einer Strömungsuntersuchungsmaschine verbunden
werden. Die Strömungsuntersuchungsmaschine
kann zum Ermitteln des Durchströmungsquerschnitts
des ersten Durchlasses in Schritt 510 und Klassifizieren
der ersten Platte basierend auf dem Durchströmungsquerschnitt des ersten
Durchlasses in Schritt 512 arbeiten.
-
Auf ähnliche
Weise kann eine Nadel teilweise in eine in einem Führungsblock
ausgebildete Öffnung
eingebaut werden, zum Erhalten einer Baugruppe mit einer Nadel und
einer Führung.
Die Nadel kann beispielsweise die Nadel 350 sein, und der
Führungsblock
kann die Führung 362 sein,
die in Bezug auf die dritte Ausführungsform
beschrieben wurden. Die Baugruppe mit der Nadel und der Führung kann in
Schritt 514 auf geeignete Weise an einem Strömungsuntersuchungsgerät angebracht
werden, das dazu in der Lage ist, eine Druckdifferenz über einem Zwischenraum
zwischen der Nadel und der Führungsöffnung zu
erzeugen, derart, dass ein äquivalenter Durchströmungsquerschnitt
zwischen denselben berechnet werden kann. Das Strömungsuntersuchungsgerät kann dazu
in Betrieb sein, in Schritt 516 den äquivalenten Durchströmungsquerschnitt
durch den Zwischenraum zu ermitteln und in Schritt 518 basierend
auf dem berechneten Durchströmungsquerschnitt
die Baugruppe mit der Nadel und der Führung zu klassifizieren. Es
ist offensichtlich, dass ähnliche Prozesse
zur Berechnung der Durchströmungsquerschnitte
anderer Bauteile ausgeführt
werden können, die
sich potenziell auf die Leistungsfähigkeit des Injektors auswirken
können.
Auf ähnliche
Weise können,
wenn es angebracht ist, weniger Bauteile untersucht werden.
-
Nachdem
alle erforderlichen Bauteile in Bezug auf ihre Durchströmung untersucht
und klassifiziert wurden, können
in Schritt 520 Gruppen von Bauteilen zum Bilden von Gruppen
oder Sätzen
von Bauteilen für
eine Montage eines Kraftstoffinjektors ausgewählt werden. Jede aufeinander
abgestimmte Gruppe von Bauteilen kann derart ausgewählt werden,
dass das Verhältnis
des Durchströmungsquerschnitts
des ersten Durchlasses, wie es bei der entsprechenden Strömungsuntersuchung
gemessen wurde, mit dem Durchströmungsquerschnitt
oder den Durchströmungsquerschnitten
des zweiten Durchlasses und/oder der Zwischenraumfläche in der
Baugruppe mit der Nadel und der Führung abgestimmt ist. Vorteilhafterweise
können
die ausgewählten
abgestimmten Gruppen von Bauteilen durch Auswählen von Bauteilen, die vorher
gemäß ihrer
entsprechenden Durchströmungsquerschnitte
klassifiziert wurden, ein bekanntes und gesteuertes Verhältnis aufweisen,
derart, dass ein gewünschtes
Durchströmungsquerschnittsverhältnis ausgewählt werden kann.
Jede aufeinander abgestimmte Gruppe wird zur Montage eines Kraftstoffinjektors
in Schritt 522 verwendet, und der Prozess wird wiederholt.
Es ist offensichtlich, dass die verschiedenen hierin aufgeführten Schritte
beispielhaft sind und während
mehr als einem Herstellungsschritt durchgeführt werden können. Beispielsweise
können
die erste und die zweite Platte jeweils vor Ort bei einem Zulieferer
zur Klassifizierung in Bezug auf ihr Strömungsverhalten untersucht werden,
bevor sie zu der Injektorfertigungseinrichtung geliefert werden.
Außerdem
können
die verschiedenen Klassifizierungen für jedes Bauteil oder jeden
Aufbau basierend auf akzeptablen Toleranzen für das resultierende Verhältnis durchgeführt werden,
das bei der abschließenden
Injektormontage angestrebt wird.
-
Es
ist offensichtlich, dass die vorangegangene Beschreibung Beispiele
für das
offenbarte System und das offenbarte Verfahren liefert. Es ist jedoch ebenfalls
denkbar, dass sich andere Implementierungen der Offenbarung im Detail
von dem vorangegangenen Beispiel unterscheiden können. Alle Bezugnahmen auf
die Offenbarung oder Beispiele derselben sollen auf das bestimmte
Beispiel, das an der entsprechenden Stelle erörtert wird, Bezug nehmen und
sollen keinerlei Begrenzung bezüglich
des Schutzbereichs der Offenbarung im Allgemeinen angeben. Alle
Ausdrücke
zur Unterscheidung und Abwertung im Hinblick auf bestimmte Merkmale
sollen das Fehlen einer Bevorzugung dieser Merkmale anzeigen, diese
jedoch nicht vollständig
aus dem Schutzbereich der Offenbarung ausschließen, sofern nichts anderweitiges
angegeben ist.
-
Die
Angabe von Wertebereichen soll hierin lediglich als eine Kurzschreibweise
zur separaten Bezugnahme auf jeden einzelnen Wert dienen, der in den
Bereich fällt,
sofern hierin nichts anderes angegeben ist, und jeder einzelne Wert
ist in die Beschreibung aufgenommen, als ob er hierin einzeln aufgeführt wäre. Alle
hierin beschriebenen Verfahren können
auf eine beliebige geeignete Weise durchgeführt werden, sofern hierin nichts
anderes angegeben ist oder der Zusammenhang eindeutig etwas anderes besagt.
-
Demzufolge
enthält
diese Offenbarung im Rahmen des gesetzlich Erlaubten alle Modifikationen und Äquivalente
des in den hieran angehängten
Ansprüchen
aufgeführten
Gegenstands. Außerdem
ist eine beliebige Kombination der vorher beschriebenen Elemente
in allen möglichen
Variationen derselben in der Offenbarung umfasst, sofern hierin
nichts anderweitiges angegeben ist oder der Zusammenhang eindeutig
etwas anderes besagt.
-
Zusammenfassung
-
KRAFTSTOFFINJEKTOR UND MONTAGEVERFAHREN
DAFÜR
-
Ein
Kraftstoffinjektor (200) und ein Montageverfahren beinhaltet
eine Ermittlung verschiedener Durchströmungsquerschnitte durch Zwischenräume (282)
oder Öffnungen,
die in verschiedenen Bauteilen des Injektors (200) ausgebildet
sind. Nachdem die verschiedenen Durchströmungsquerschnitte ermittelt
wurden, können
die verschiedenen Bauteile entsprechend ihrer Durchströmungsquerschnitte
derart klassifiziert werden, dass Gruppen von Bauteilen ausgewählt werden
können,
die gewünschte Durchströmungsquerschnittseigenschaften
für die Montage
des Kraftstoffinjektors (200) aufweisen.
