DE19726604A1

DE19726604A1 - Hydraulisch betätigte Brennstoffeinspritzvorrichtung mit Direktsteuernadelventil

Info

Publication number: DE19726604A1
Application number: DE19726604A
Authority: DE
Inventors: Michael D Anderson; Dennis H Gibson; Gregory W Hefler; Dale C Maley; Ronald D Shinogle; Mark F Sommars
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 1998-01-02
Anticipated expiration: 2017-06-24
Also published as: GB9708760D0; DE19726604B4; US5697342A; GB2314379B; JPH1054322A; FR2750173A1; GB2314379A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Brennstoffeinspritzung und insbesondere auf hydraulisch betätigte Strömungsmitteleinspritzvorrichtungen mit Di rektsteuernadelventilen und Brennstoffeinspritzsysteme, die diese verwenden.

Bekannte hydraulisch betätigte Brennstoffeinspritzsysteme und/oder -komponenten sind beispielsweise in folgenden Schriften gezeigt: US-Patent 5 121 730, ausgegeben an Ausman und andere am 16. Juni 1992, US-Patent 5 271 371, ausgegeben an Meints und andere am 21. Dezember 1993 und US-Patent 5 297 523, ausgegeben an Hafner und andere am 29. März 1994. Bei diesen hydraulisch betätigten Brennstoff einspritzvorrichtungen öffnet sich ein federvorgespanntes Nadelrückschlagelement, um eine Brennstoffeinspritzung zu beginnen, wenn der Druck von einer Verstärkungskol ben/Stößel-Anordnung auf einen Ventilöffnungsdruck ge steigert wird. Auf den Verstärkungskolben wirkt ein Betä tigungsströmungsmittel mit relativ hohem Druck, wie bei spielsweise Motorschmieröl, wenn ein Elektromagnetsteuer ventil den Hochdruck-Einlaß der Einspritzvorrichtung öff net. Die Einspritzung wird beendet durch Deaktivieren des Elektromagneten, um den Druck über dem Verstärkungskolben zu lösen. Dies wiederum bewirkt einen Abfall des Brenn stoffdruckes, was bewirkt, daß sich das Nadelrückschlage lement schließt und eine Einspritzung beendet, und zwar unter Einwirkung seiner Rückstellfeder. Während diese hy draulisch betätigten Brennstoffeinspritzvorrichtungen viele Jahre hervorragend gearbeitet haben, bleibt dennoch Raum für Verbesserungen, insbesondere auf dem Gebiet des Formens bzw. Steuerns einer Einspritzratenbahn bzw. -kurve vom Beginn zum Ende, um präzise einen Satz von Mo torbetriebszuständen zu entsprechen.

Über die Jahre haben die Ingenieure erkannt, daß Motor emissionen bei gewissen Betriebszuständen beträchtlich verringert werden können, und zwar durch Vorsehen einer speziellen Einspritzratenbahn bzw. -kurve. In vielen Fäl len werden Emissionen verbessert, wenn die anfängliche Einspritzrate steuerbar ist und wenn es ein nahezu abrup tes vertikales Ende für die Einspritzung gibt. Während diese früheren hydraulisch betätigten Brennstoffein spritzsysteme eine gewisse Fähigkeit besitzen, die Ein spritzratenform zu steuern, bleibt immer noch Raum zur Verbesserung der Fähigkeit, die Einspritzratenform mit hydraulisch betätigten Brennstoffeinspritzsystemen zu steuern.

Die vorliegende Erfindung soll die Fähigkeit von hydrau lisch betätigten Brennstoffeinspritzvorrichtungen ver bessern, um besser eine Einspritzratenform während jedes Einspritzvorgangs zu steuern.

Gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin dung weist eine hydraulisch betätigte Brennstoffein spritzvorrichtung einen Einspritzvorrichtungskörper mit einer Nadelsteuerkammer, einer Düsenkammer und einem Dü senauslaß auf, der sich in die Düsenkammer öffnet. Hy draulische Mittel, wie beispielsweise eine typische Ver stärkungskolben/Stößelanordnung sind innerhalb der Ein spritzvorrichtung montiert bzw. vorgesehen, um Brennstoff in der Düsenkammer unter Druck zu setzen. Ein Nadelventil ist positioniert, um sich in der Düsenkammer zwischen ei ner offenen Position, in der der Düsenauslaß offen ist, und einer geschlossenen Position hin- und herzubewegen, in der der Düsenauslaß geschlossen ist. Das Nadelventil weist eine hydraulische Verschlußoberfläche bzw. Ver schlußfläche auf, die dem Druck in der Nadelsteuerkammer ausgesetzt ist. Ein Nadelsteuerventil ist innerhalb des Einspritzvorrichtungskörpers montiert und ist zwischen einer Aus-Position, in der die Nadelsteuerkammer zu einer Quelle von Hochdruck-Strömungsmittel hin geöffnet ist, und einer An-Position beweglich, in der die Nadelsteuer kammer zu einem Niederdruck-Durchlaß hin geöffnet ist.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist ein Brenn stoffeinspritzsystem eine Vielzahl von hydraulisch betä tigten Brennstoffeinspritzvorrichtungen mit Direktsteuer nadelventilen bzw. direkt gesteuerten Nadelventilen auf. Jede Einspritzvorrichtung besitzt ein Nadelventil mit ei ner hydraulischen Verschlußoberfläche, die dem Druck in einer Nadelsteuerkammer ausgesetzt ist, und zumindest ein Steuerventil, welches abwechselnd die Nadelsteuerkammer zu einer Hochdruck-Strömungsmittelquelle oder einem Nie derdruck-Durchlaß öffnet. Jede Einspritzvorrichtung be sitzt auch einen Betätigungsströmungsmitteleinlaß, einen Betätigungsströmungsmittelablauf und einen Brennstoff versorgungsdurchlaß. Eine Brennstoffquelle ist mit dem Brennstoffversorgungsdurchlaß jeder Einspritzvorrichtung verbunden. Eine Hochdruck-Betätigungsströmungsmittel quelle ist mit dem Betätigungsströmungsmitteleinlaß jeder Einspritzvorrichtung verbunden. Ein Niederdruck-Reservoir ist mit dem Betätigungsströmungsmittelablauf jeder Ein spritzvorrichtung verbunden. Schließlich ist ein Computer in Verbindung mit jedem der zumindest einen Steuerventile und ist fähig, es zu steuern.

In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die vor liegende Erfindung ein Verfahren zur Brennstoffeinsprit zung auf, welches einen Anfangsschritt aufweist, eine hy draulisch betätigte Brennstoffeinspritzvorrichtung vor zusehen, und zwar mit einem Düsenauslaß, der sich in eine Düsenkammer öffnet, in der sich ein Nadelventil hin- und herbewegt. Das Nadelventil besitzt eine hydraulische Ver schlußoberfläche, die dem Druck in der Nadelsteuerkammer ausgesetzt ist, und die Einspritzvorrichtung besitzt auch zumindest ein Steuerventil, welches abwechselnd die Na delsteuerkammer zu einer Hochdruck-Strömungsmittelquelle oder einem Niederdruck-Durchlaß öffnet. Als nächstes wird Brennstoff hydraulisch in der Düsenkammer auf einen Ein spritzdruck unter Druck gesetzt. Das Nadelventil wird dann in eine geöffnete Position bewegt, um den Düsenaus laß zur Düsenkammer zu öffnen, und zwar zumindest teil weise durch Öffnen der Nadelsteuerkammer zum Nieder druck-Durchlaß mit dem zumindest einen Steuerventil. Als näch stes wird das Nadelventil in seine geschlossene Position bewegt, um den Düsenauslaß zur Düsenkammer hin zu schlie ßen, und zwar zumindest teilweise durch Öffnen der Nadel steuerkammer zur Hochdruck-Strömungsmittelquelle mit dem zumindest einen Steuerventil.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines hydraulisch betätigten elektronisch gesteuerten Brennstoffein spritzsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine geschnittene Teilansicht eines Oberteils von einer der in Fig. 1 gezeigten Brennstoffein spritzvorrichtungen;

Fig. 3 ist eine geschnittene Teilansicht eines unteren Teils von einer der in Fig. 1 gezeigten Einspritz vorrichtungen;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer Brennstoffeinspritz vorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbei spiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ist eine vergrößerte geschnittene Teilansicht ei nes oberen Teils der in Fig. 4 gezeigten Brenn stoffeinspritzvorrichtung;

Fig. 6 ist eine vergrößerte geschnittene Teilansicht ei nes unteren Mittelteils der in Fig. 4 gezeigten Brennstoffeinspritzvorrichtung;

Fig. 7 ist eine geschnittene Teilansicht eines unteren Teils einer Einspritzvorrichtung gemäß eines wei teren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin dung.

Mit Bezug auf die Fig. 1-3 in denen ähnliche Bezugszei chen ähnliche Elemente oder Merkmale in den Figuren be zeichnen, ist ein Ausführungsbeispiel eines hydraulisch betätigten, elektronisch-gesteuerten Brennstoffeinspritz systems 10 gezeigt (auf welches im folgenden als ein HEUI-B-Brennstoffsystem Bezug genommen wird). Das bei spielhafte HEUI-B-Brennstoffsystem 10 ist in Fig. 1 ange paßt für einen Diesel-Verbrennungsmotor 12 mit Direktein spritzung gezeigt.

Das HEUI-B-Brennstoffsystem 10 weist eine oder mehrere hydraulisch betätigte elektronisch gesteuerte Einspritz vorrichtungen 14 auf, wie beispielsweise Einheitsbrenn stoffinjektoren bzw. Brennstoffeinspritzeinheiten, wobei jede geeignet ist, um in einer jeweiligen Zylinderkopf bohrung des Motors positioniert zu sein. Das System 10 weist weiter eine Einrichtung oder Mittel 16 auf zum Lie fern von Hydraulikbetätigungsströmungsmittel an jede Ein spritzvorrichtung 14, eine Einrichtung oder Mittel 18 zum Liefern von Brennstoff an jede Einspritzvorrichtung 14, eine Einrichtung oder Mittel 20 zum elektronischen Steu ern der Brennstoffeinspritzmenge, des Einspritztimings bzw. eines Einspritzzeitplans, der Pilot- bzw. Vorsteuer einspritzung, mehrfacher Einspritzungen, einer Nachein spritzung, von Veränderungen der Anfangsanstiegsrate der Drücke und/oder des Betätigungsströmungsmitteldruckes des HEUI-B-Brennstoffsystems 10 unabhängig von der Motordreh zahl und -belastung, und eine Einrichtung oder Mittel 22 zum Rezirkulieren oder Wiedergewinnen von hydraulischer Energie des Hydraulikbetätigungsströmungsmittels, das an die Einspritzvorrichtungen 14 geliefert wird.

Die Hydraulikbetätigungsströmungsmittel-Liefermittel 16 weisen vorzugsweise folgendes auf: Einen Betätigungsströ mungsmittelsumpf bzw. -tank 24, eine Betätigungsströ mungsmittelübertragungspumpe 26 mit relativ niedrigem Druck, einen Betätigungsströmungsmittelkühler 28, einen oder mehrere Betätigungsströmungsmittelfilter 30, eine Quelle oder Mittel 32 zum Erzeugen von Betätigungsströ mungsmittel mit relativ hohem Druck (wie beispielsweise eine Betätigungsströmungsmittelpumpe 34 mit relativ hohem Druck), und zumindestens eine Betätigungsströmungsmittel sammelleitung 36 für relativ hohen Druck.

Obwohl das für das Betätigungsströmungsmittel ausgewählte Strömungsmittel Brennstoff sein könnte, könnten andere verfügbare Motorströmungsmittel verwendet werden. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das Betätigungs strömungsmittel Motorschmieröl und der Betätigungsströ mungsmittelsumpf 24 ist ein Motorschmierölsumpf. Dies ge stattet es, daß das Brennstoffeinspritzsystem als para sitisches Untersystem zum Schmierölzirkulationssystem des Motors angeschlossen wird. Alternativ kann das Betäti gungsströmungsmittel Brennstoff sein, der von einem Brennstofftank 42 geliefert wird, oder es kann aus einer anderen Quelle sein, wie beispielsweise Kühlströmungsmit tel usw.

Vorzugsweise ist eine Betätigungsströmungsmittelsammel leitung 36 für jeden Zylinderkopf mit einer Bank von Ein spritzvorrichtungen 14 vorgesehen und damit assoziiert. Jede Betätigungsströmungsmittelsammelleitung 36 besitzt einen gemeinsamen Schienendurchlaß 38 und eine Vielzahl von Schienenzweigdurchlässen 40, die sich von dem gemein samen Schienendurchlaß 38 weg erstrecken.

Der gemeinsame Schienendurchlaß 38 ist in Strömungsmit telverbindung mit dem Auslaß der Betätigungsströmungsmit telpumpe 34 mit relativ hohem Druck angeordnet. Die An zahl von Schienenzweigdurchlässen 40 für jede Sammellei tung 36 entspricht der Anzahl von Einspritzvorrichtungen 14, die in jeden Zylinderkopf positioniert sind. Jeder Schienenzweigdurchlaß 40 ist in Strömungsmittelverbindung zwischen dem gemeinsamen Schienendurchlaß 38 und einem Betätigungsströmungsmitteleinlaß einer jeweiligen Ein spritzvorrichtung 14 angeordnet.

Die Brennstoffliefermittel 18 weisen vorzugsweise folgen des auf: Einen Brennstofftank 42, einen Brennstoffliefer durchlaß 44, und zwar in Strömungsmittelverbindung zwi schen dem Brennstofftank 42 und einem Brennstoffeinlaß einer jeden Einspritzvorrichtung 14 angeordnet, eine Brennstoffübertragungspumpe 46 mit relativ niedrigem Druck, einen oder mehrere Brennstoffilter 48, ein Brenn stoffversorgungsventil 49 und einen Brennstoffzirkulati ons- und -rückführdurchlaß 50, der in Strömungsmittelver bindung zwischen der (den) Einspritzvorrichtung(en) 14 und dem Brennstofftank 42 angeordnet ist. Vorzugsweise definiert jeder Zylinderkopf einen internen Brenn stofflieferdurchlaß 44, der in Verbindung mit einem ring förmigen Brennstoffeinlaß 52 jeder Einspritzvorrichtung 14 in Verbindung steht, die mit dem jeweiligen Zylinder kopf assoziiert ist. Vorzugsweise definiert jeder Zylin derkopf auch einen getrennten internen Brennstoffauslaß durchlaß 50, der mit einem Brennstoffauslaß 54 einer je den Einspritzvorrichtung 14 in Verbindung steht, die mit dem jeweiligen Zylinderkopf assoziiert ist. Alternativ können der Brennstofflieferdurchlaß 44 und der Brenn stoffauslaßdurchlaß 50, die im Zylinderkopf definiert sind, ein einziger interner Durchlaß sein. Alternativ können die Durchlässe 44, 50 eine einzelne oder ein Paar von externen Leitungen sein, die außerhalb des Zylinder kopfes positioniert sind. Wahlweise kann eine (nicht ge zeigte) Hülse dichtend in der Einspritzungsbohrung posi tioniert sein, und zwar radial zwischen der Einspritzvor richtung 14 und dem Zylinderkopf, um die internen Kühl mittelkammern des Zylinderkopfes von der Einspritzvor richtung 14 zu trennen.

Die elektronischen Steuermittel 20 oder die Steuerein richtung weisen vorzugsweise ein elektronisches Steuermo dul 56 (Computer) auf, welches folgendes steuert: 1) Das Brennstoffeinspritztiming bzw. den Brennstoffeinspritz zeitplan, 2) die Gesamtbrennstoffeinspritzmenge während eines Einspritzzyklusses, 3) den Brennstoffeinspritzdruck, 4) die Anzahl von getrennten Einspritzungen oder Ein spritzsegmenten bzw. Einspritzabschnitten während eines Einspritzzykluses, 5) den (die) Zeitintervall(e) zwischen dem (den) Einspritzsegment(en), 6) die Brennstoffmenge eines jeden Einspritzsegmentes während eines Einspritzzy klusses; und 7) irgendeine Kombination des (der) obigen Parameter zwischen einer Vielzahl von Einspritzvorrich tungen 14. Jeder der obigen Parameter ist variabel steu erbar, und zwar unabhängig von der Motordrehzahl und Be lastung.

Vorzugsweise ist jede Einspritzvorrichtung 14 ein Ein heitsinjektor bzw. eine Einspritzeinheit, wo sowohl eine Brennstoffdruckvorrichtung 58 als auch eine Direktsteuer brennstoffeinspritzvorrichtung 60 in der gleichen Einheit aufgenommen sind. Obwohl hier als eine zusammengebaute bzw. vereinigte Einspritzvorrichtung 14 gezeigt, könnte die Einspritzvorrichtung alternativ von modularer Kon struktion sein, wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung 16 getrennt von der hydraulischen Brennstoffdruckvorrich tung 58 positioniert ist. Die Einspritzvorrichtung 14 weist eine imaginäre Längsmittelachse 62 als Referenz auf.

Die Einspritzvorrichtung 14 weist eine elektrische Betä tigungs- bzw. Betätiger- und Ventilanordnung 64 auf, die betreibbar ist, um selektiv unter Druck gesetztes Betäti gungsströmungsmittel an die Einspritzvorrichtung 14 zu leiten, und zwar ansprechend auf den Empfang von einem oder mehreren variabel ausgewählten elektronischen Steu ersignalen S₁₀ während eines Einspritzzyklus. Die Ein spritzvorrichtung weist weiter folgendes auf: einen Ge häuseteil 66, einen Düsenteil 68, elektrische Betäti gungsmittel oder eine Vorrichtung (oder mehrere Vorrich tungen) 70, ein elektronisch gesteuertes erstes Druck steuerventil 72, ein hin- und herbewegliches Brennstoff verstärkungs- und Druckglied 74, ein direkt betätigtes Nadelventil 76, eine erste Vorspannvorrichtung 78, ein elektrisch gesteuertes zweites Drucksteuerventil 80 und eine zweite Vorspannvorrichtung 82. Das Ventil 80 kann auch als ein Nadelsteuerventil bezeichnet werden.

Die Betätigungs- und Ventilanordnung 64 weist eine Betä tigungsvorrichtung 84 auf, vorzugsweise in der Form einer Elektromagnetanordnung, und ein Ventil 86, vorzugsweise in der Form eines Sitz- oder Kolbenventils. Die Elektro magnetanordnung 84 weist eine (nicht gezeigte) feste Sta tor- oder Spulenanordnung 88 und einen beweglichen Anker 90 auf. Das Steuerventil 86 ist über die Spulenvorspann feder 87 vorgespannt, um den Betätigungsströmungsmittel einlaß 41 zu schließen und um den Betätigungsströmungs mittelabfluß 33 zum Betätigungsströmungsmittelhohlraum 35 zu öffnen. Vorzugsweise verkörpert die Betätigungs- und Ventilanordnung 64, genauso wie das Verstärkungs- und Druckglied 74 andere Merkmale oder Verbesserungen, die im US-Patent 5 271 371, ausgegeben an Meints und andere am 21. Dezember 1993 offenbart sind.

Der Gehäuseteil 66 definiert einen Brennstoffsteuerdurch laß 92 und eine integrale Brennstoffdruckkammer 94. Das interne Strömungsmittelvolumen der Brennstoffdruckkammer 94 ist vorzugsweise fest und unter anderem abhängig von der gewünschten Maximalbrennstoffmenge bemessen, die wäh rend eines Einspritzzykluses eingespritzt wird, vom ge wünschten bzw. Soll-Spitzenbrennstoffeinspritzdruck wäh rend eines Einspritzzykluses, vom Soll-Brennstoffein spritzdruckabfall oder -nachlassen während eines Ein spritzzykluses, von dem Massenmodul bzw. der Viskosität des Brennstoffs und der Verschiebung des Gliedes 74 (das heißt Hub und effektives Gebiet bzw. Effektivquer schnitt). Der Steuerdurchlaß 92 bezieht sich allgemein entweder auf einen Brennstoffversorgungsdurchlaß 96 mit relativ niedrigerem Druck, oder auf einen Brennstoffaus laßdurchlaß 98 mit relativ niedrigerem Druck, und zwar definiert im Einspritzvorrichtungskörper 14.

Die elektrischen Betätigungsmittel 70 sind zum Steuern der Positionen der ersten und zweiten Ventile 72, 80 vor gesehen. Die elektrischen Betätigungsmittel 70 werden se lektiv entregt oder erregt. Beispielsweise können die elektrischen Betätigungsmittel 70 einen einzelnen Elek tromagneten oder eine Vielzahl von Elektromagneten auf weisen. Alternativ können die Mittel 70 eine piezoelek trische Vorrichtung aufweisen. Das erste Ventil 72 ist vorzugsweise in der Brennstoffdruckkammer 94 positioniert und ist selektiv zwischen einer ersten Position, in der die elektrischen Betätigungsmittel 70 entregt sind, und einer zweiten Position beweglich, in der die elektrischen Betätigungsmittel 70 entweder erregt oder entregt sind, wie unten erklärt. In seiner ersten Position öffnet das erste Ventil 72 die Strömungsmittelverbindung zwischen der Brennstoffdruckkammer 94 und dem Niederdruck-Durchlaß 96. Das erste Ventil 72 wird erregt um sich von seiner ersten (geöffneten) Position in seine zweite (geschlos sene) Position zu bewegen. In seiner geschlossenen Posi tion blockiert das erste Ventil 72 die Strömungsmittel verbindung zwischen der Brennstoffdruckkammer 94 und dem Niederdruck-Durchlaß 96. Vorzugsweise weist ein Endteil des ersten Ventils 72 einen vergrößerten Kopf auf, der in der Brennstoffdruckkammer 94 positioniert ist. Ein ande rer Teil des ersten Ventils 72 weist einen Steg auf, der in der Bohrung 134 des Gehäuses 132 positioniert ist. Der äußere Umfang des Steges weist einen oder mehrere sich axial erstreckende Flachteile oder Durchlässe auf. Die Flachteile sind angeordnet, um Brennstoff von dem Nieder druck-Durchlaß 96 zu den elektrischen Betätigungsmitteln 70 zu leiten, und zwar zum Kühlen und Ausgleichen der Strömungsmitteldrücke.

Der Düsenteil 68 definiert eine Bohrung 100, eine Düsen kammer 102 integral mit oder in der Strömungsmittelver bindung mit der Brennstoffdruckkammer 94 angeordnet, eine Nadelsteuerkammer 104, und zwar getrennt von der Düsen kammer 102 und der Brennstoffdruckkammer 94, einen Spit zensitz 106 und zumindest einen Düsenauslaß 108.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Verstärkungs- und Druckglied 74 vorzugsweise einen Verstärkungskolben 109 und einen hin und her beweglichen Stößel 110 auf. Der Kolben 109 ist positioniert bzw. angeordnet, um sich in der Kolbenbohrung 111 zwischen einer zurückgezogenen bzw. eingefahrenen Position, wie gezeigt, und einer vorgescho benen bzw. ausgefahrenen Position hin- und herzubewegen. Der Stößel 110 ist in der Stößelbohrung 128 positioniert und ist zwischen einer ersten zurückgezogenen Position und einer zweiten ausgefahrenen Position selektiv beweg lich. Wenn das erste Ventil 72 geöffnet ist (das heißt seine erste Position) ist der Stößel 110 während seiner Bewegung aus seiner ersten in seine zweite Position betä tigbar, um ein erstes variabel gewähltes Brennstoffvolu men von der Brennstoffdruckkammer 94 in den Niederdruck-Durchlaß 96 zu verdrängen bzw. zu bewegen. Wenn das erste Ventil 72 geschlossen ist (das heißt seine zweite Positi on) ist der Stößel 110 während der Bewegung von seiner ersten in seine zweite Position betätigbar, um ein zwei tes variabel gewähltes Brennstoffvolumen in die Brenn stoffdruckkammer 94 zu bewegen bzw. zu verdrängen, wo durch ein solcher Brennstoff auf einen vorgewählten va riablen Druck unter Druck gesetzt wird. Anders gesagt, nachdem das erste Ventil 72 geschlossen ist, komprimiert der Stößel 110 den Brennstoff auf ein gesteuertes Volu men, das geringer als das feste Volumen ist. Um den Ein spritzdruck zu maximieren, der am Beginn der Einspritzung verfügbar ist, wird die Elektromagnetanordnung 84 elek trisch erregt, und zwar vorzugsweise so, daß eine Bewe gung des Stößels 110 aus seiner ersten in seine zweite Position beginnt, bevor die Anfangsbrennstoffeinspritzung in einem Einspritzzyklus beginnt. Dies sieht auch einen variabel gewählten Einspritzdruck am Beginn der Einsprit zung vor.

Um den mittleren wirksamen Einspritzdruck zu steigern, der von der Einspritzvorrichtung 14 erzeugt wird, bewegt sich der hydraulisch betätigte Stößel 110 weiter aus sei ner ersten in seine zweite Position während der anfängli chen Brennstoffeinspritzung in einem Einspritzzyklus. Al ternativ kann die Elektromagnetanordnung 84 sogar früher elektrisch erregt werden, so daß eine Bewegung des Stö ßels 110 aus seiner ersten Position in eine komprimierte bzw. zusammengedrückte Position vor der Anfangsbrenn stoffeinspritzung während eines Einspritzzyklusses voll endet ist. Der Kolben 109 und der Stößel 110 ziehen sich zwischen den Einspritzvorrichtungen unter Einwirkung ei ner Kolben/Stößel-Rückstellfeder bzw. Rückholfeder 120 zurück.

Das Nadelventil 76 ist in der Bohrung des Düsenteils po sitioniert und ist selektiv beweglich zwischen einer er sten Position, die die Strömungsmittelverbindung zwischen der Düsenkammer 102 und dem Düsenauslaß 108 blockiert, und einer zweiten Position, die die Strömungsmittelver bindung zwischen der Düsenkammer 102 und dem Düsenauslaß 108 öffnet. Das Nadelventil 76 besitzt ein ersten Endteil 112 und einen zweiten Endteil 114. Der erste Endteil 112 definiert ein hydraulisches Öffnungsflächengebiet, das zumindest teilweise in Strömungsmittelverbindung mit dem Druck in der Düsenkammer 102 angeordnet ist, wenn das Na delventil 76 geschlossen ist (das heißt seine erste Posi tion). Das hydraulische Öffnungsflächengebiet ist ange ordnet bzw. geeignet, um in vollständiger Strömungsmit telverbindung mit der Düsenkammer 102 zu sein, wenn das Nadelventil 76 geöffnet ist (das heißt seine zweite Posi tion). Der zweite Endteil 114 definiert ein hydraulisches Verschlußflächengebiet, das in Strömungsmittelverbindung angeordnet ist, so daß es dem Druck innerhalb der Nadel steuerkammer 104 ausgesetzt ist. Die erste Vorspannvor richtung 78 weist vorzugsweise eine erste mechanische Fe der 116 auf, die betätigbar bzw. betreibbar ist, um das Nadelventil 76 in seine geschlossene oder erste Position vorzuspannen. Das Nadelventil 76 ist als ein nach innen öffnendes Ventil veranschaulicht. Alternativ kann das Na delventil ein nach außen öffnendes Ventil sein, das zu mindest eine Einspritzzumeßöffnung definiert, wenn es vom Spitzensitz abhebt, oder ein Ventil, das direkt ange bracht ist und von einer Betätigungsvorrichtung angetrie ben wird, wie beispielsweise von einem Elektromagneten.

Das zweite Ventil 80 ist selektiv zwischen einer entreg ten ersten Position und einer erregten zweiten Position beweglich. Vorzugsweise ist das zweite Ventil 80 ein Dreiwegeventil, wie beispielsweise ein Sitzventil oder Kolbenventil. Das zweite Ventil 80 blockiert in seiner ersten Position die Strömungsmittelverbindung zwischen der Nadelsteuerkammer 104 und dem Niederdruck-Durchlaß 98 und öffnet die Strömungsmittelverbindung zwischen der Na delsteuerkammer 104 und der Düsenkammer 102. Das zweite Ventil 80 öffnet in seiner zweiten Position die Strö mungsmittelverbindung zwischen der Nadelsteuerkammer 104 und dem Niederdruck-Durchlaß 98 und blockiert die Strö mungsmittelverbindung zwischen der Nadelsteuerkammer 104 und der Düsenkammer 102. Wenn das Nadelventil 76 ge schlossen ist, und das zweite Ventil 80 in seiner zweiten Position ist, sind die hydraulischen Öffnungs- und Ver schlußflächengebiete betreibbar bzw. wirksam, um das Na delventil 76 in seine zweite (geöffnete) Position zu be wegen. Wenn das Nadelventil 76 in seiner zweiten (geöffneten) Position ist, und das zweite Ventil 80 in seiner ersten Position ist, sind die hydraulischen Öff nungs- und Verschlußflächengebiete betätigbar bzw. wirk sam, um entgegenwirkende hydraulische Kräfte auszubalan cieren bzw. auszugleichen, wodurch der ersten Vorspann vorrichtung 78 gestattet wird, das Nadelventil 76 in sei ne erste (geschlossene) Position zu bewegen.

Die zweite Vorspannvorrichtung 82 weist vorzugsweise eine zweite mechanische Feder 118 auf, zum Vorspannen von so wohl den ersten als auch den zweiten Ventilen 72, 80 in ihre jeweiligen ersten Positionen. Alternativ kann die zweite Vorspannvorrichtung 82 eine Vielzahl von Federn sein, die die jeweiligen ersten und zweiten Ventile in ihre jeweiligen ersten Positionen vorspannt.

In dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbei spiel weist die Einspritzvorrichtung 14 unter anderem auch Folgendes auf: Eine Trommel 126, die eine Stößelboh rung 128 definiert, in der der Stößel 110 sich hin und her bewegt, und zwar gemäß bzw. in einer vorbestimmten engen Passung, ein Gehäuse 132, das mit der Trommel 126 verbunden ist oder integral damit ausgeformt ist, und ei ne Bohrung 134 definiert, in der sich das erste Ventil 72 hin und her bewegt, und zwar gemäß bzw. in einer relativ lockeren Passung, eine (nicht gezeigte) optionale Hülse, oder ein gehärteter rohrförmiger Einsatz, die bzw. der dichtend zwischen der Trommel 126 und dem Gehäuse 132 po sitioniert ist, und zumindest teilweise die Brennstoff-Brenn stoffdruckkammer 94 definiert, einen elektrischen Verbinder bzw. Stecker (nicht gezeigt), der elektrisch mit der elektrischen Betätigungsvorrichtung 70 verbunden ist, eine obere Dichtung 140, einen oberen Stop bzw. An schlag 142, der eine Bohrung 144 definiert, in der sich das zweite Ventil 80 hin und her bewegt, und zwar gemäß bzw. in einer vorbestimmten engen Passung, eine Scheibe bzw. Beabstandung (Abstandhalter) 146, einen unteren Stop bzw. Anschlag 148, eine Sitzhülse 150, die zwischen der Beabstandung 146 und dem unteren Anschlag 148 positio niert ist, einen Körper 152, der die Bohrung 100 defi niert, in der sich ein Teil des Nadelventils 76 gemäß bzw. in einer vorgewählten engen Passung hin und her be wegt, eine Spitze 154, die den Spitzensitz 106 und die Düsenauslässe 108 definiert, und ein Gehäuse bzw. eine Hülle 156, die mit dem Gehäuse 132 verbunden ist.

Das Gehäuse 132 und das erste Ventil 72 definieren je weils einen Sitz bzw. Sitze 158, 160, die sich dichtend berühren, wenn das erste Ventil 72 geschlossen ist. Der obere Anschlag 142 und das zweite Ventil 80 definieren jeweils einen Sitz bzw. Sitze 162, 164, die sich dichtend berühren, wenn das zweite Ventil 80 in seiner zweiten Po sition ist. Die Sitzhülse 150 und das zweite Ventil 80 definieren jeweils einen getrennten Sitz bzw. Sitze 168, 170, die sich berühren, wenn das zweite Ventil 80 in sei ner ersten Position ist.

Vorzugsweise definiert die Sitzhülse 150 eine Bohrung 172, in der sich das zweite Ventil 80 hin und her bewegt, und zwar gemäß bzw. in einer vorbestimmten engen Passung. Vorzugsweise ist die Sitzhülse 150 zwischen der Scheibe bzw. Beabstandung 146 und dem unteren Anschlag 148 posi tioniert. Die Sitzhülse 150 definiert auch eine oder meh rere getrennte Steuerzumeßöffnungen, die im allgemeinen in radialer Richtung zwischen der Bohrung 172 und dem äu ßeren Umfang der Sitzhülse 150 eine Verbindung herstellen bzw. verbunden sind, und daher mit dem Niederdruck-Durchlaß 98.

Vorzugsweise ist die elektrische Betätigungsvorrichtung 70 mit dem Gehäuse 132 verbunden. Der obere Anschlag 142, die Beabstandung 146, der untere Anschlag 148, der Körper 152 und die Spitze 154 werden zwischen der Umhüllung 156 und dem Gehäuse 132 gehalten.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 ist die Betäti gungs- und Ventilanordnung 64 kolinear bzw. in einer Li nie mit der Achse 62 positioniert. Alternativ kann die Betätigungs- und Ventilanordnung 64 in einem Winkel (von beispielsweise 90 Grad) relativ zur Achse 62 positioniert sein, oder sogar von der Einspritzvorrichtung 14 ge trennt.

Die Hydraulikenergierückführungs- oder -wiedergewinnungs mittel 22 weisen vorzugsweise folgendes auf: Ein Auslaß betätigungsströmungsmittelsteuerventil 174 für jede Ein spritzvorrichtung 14, eine gemeinsame Rückführungsleitung 176, die mit jedem Ventil 174 verbunden ist, und einen Hydraulikmotor 178, der zwischen der Betätigungsströ mungsmittelpumpe 34 und der Rückführungsleitung 176 ver bunden ist. Vorzugsweise ist jedes Steuerventil 174 ein Elektromagnetsteuerventil, das selektiv vom elektroni schen Steuermodul bzw. ECM 56 aktiviert wird. Das Steuer ventil 174 öffnet nachdem die Einspritzung der jeweiligen Einspritzvorrichtung 14 vollendet ist, und schließt nach dem der Strömungsmitteldruck mit der Rückführungsleitung 176 und dem Hydraulikmotor 178 verbunden ist. Vorzugswei se besitzt der Hydraulikmotor 178 eine drehbare Ausgangs welle, die geeignet ist, um drehend bzw. drehbar den An triebsstrang des Motors 12 anzutreiben bzw. davon ange trieben zu werden.

Mit Bezug auf die Fig. 4-6 ist ein zweites Ausführungs beispiel einer HEUI-B-Brennstoffeinspritzvorrichtung 14′ gezeigt. Die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14′ könnten für die in Fig. 1 gezeigten Brennstoffeinspritzvorrich tungen 14 eingesetzt werden. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorherigen Ausführungsbeispiel durch das Vorsehen eines Drei-Positionen-Steuerventils, welches von einem einzigen Elektromagneten angetrieben wird, anstelle eines Paares von Zwei-Positionen-Steuer ventilen, die von zwei Elektromagneten gesteuert werden wie im vorherigen Ausführungsbeispiel. Somit wird ein Elektromagnet eliminiert, aber das zweite Ausführungs beispiel behält das Merkmal des Direktsteuernadelventils des vorherigen Ausführungsbeispiels.

Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 14′ hat viele Merkmale mit der Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 des vorherigen Ausführungsbeispiels gemeinsam, insbesondere die Weise, in der die beiden Brennstoffeinspritzvorrichtungen hy draulisch Brennstoff unter Druck setzen. Die Einspritz vorrichtung 14′ weist einen Einspritzvorrichtungskörper 215 mit einer Stößelbohrung 224 und einem Betätigungs strömungsmittelhohlraum 217 auf, der sich in einen Hoch druck-Betätigungsströmungsmitteleinlaß 216 öffnet, einen Niederdruck-Betätigungsströmungsmittelablauf 218 und eine Kolbenbohrung 222. Ein Hülsenventilglied 255 wird durch eine Druckfeder 259 aus einer geschlossenen Position, wie gezeigt, zu einer offenen Position hin vorgespannt. Wenn das Hülsenventilglied 255 in seiner geschlossenen Posi tion ist, wie gezeigt, ist der Betätigungsströmungsmit telhohlraum 217 gegenüber dem Hochdruck-Betätigungsströ mungsmitteleinlaß 216 geschlossen, jedoch offen zum Nie derdruck-Betätigungsströmungsmittelablauf 218. Wenn das Hülsenventilglied 255 sich unter Einwirkung der Druckfe der 259 in seine offene Position bewegt, wird der Betäti gungsströmungsmittelhohlraum 217 zum Betätigungsströ mungsmitteleinlaß 216 hin geöffnet und zum Ablauf 218 ge schlossen. Die Position des Hülsenventilgliedes 255 wird durch einen Drei-Positionen-Elektromagneten 250 gesteu ert, der fähig ist, ein Betätigungsventilglied 252 zwi schen einer ersten Position, einer zweiten Position und einer dritten Position gegen die Wirkung der Druckfeder 254 zu bewegen. Wenn der Elektromagnet 250 entregt ist, wie gezeigt, drückt die Druckfeder 254 das Betätigungs ventilglied 252 in seine erste Position, in der der Betä tigungsströmungsmittelhohlraum 217 zum Ablauf 218 hin of fen ist, und der Betätigungsströmungsmittelsteuerdurchlaß 238 zu einem zweiten Niederdruck-Betätigungsströmungsmit telablauf 220 hin offen ist.

Wenn der Elektromagnet 250 mit einem vollen oder Pull-in- bzw. Einzugsstrom erregt wird, wird das Betätigungssteu erventilglied 252 nach links gegen seinen Anschlag in ei ne zweite Position gezogen. Wenn dies auftritt, wird das Hülsenventilglied 255 hydraulisch ausgeglichen und bewegt sich in seine offene Position unter Einwirkung der Druck feder 259. Zur gleichen Zeit öffnet das Betätigungs ventilglied 252 den Betätigungsströmungsmittelsteuer durchlaß zu einem Transfer- bzw. Übertragungsdurchlaß 236, der sich zum Hochdruck im Betätigungsströmungs mittelhohlraum 217 hin öffnet und schließt den Steuer durchlaß 238 zum Abfluß 220. Wenn der Elektromagnet 250 mit einem mittleren oder Halte- bzw. Hold-In- Strom er regt wird, bewegt sich das Betätigungsventilglied 252 ge ringfügig nach rechts, und zwar um einen ausreichenden Abstand, um den Betätigungsströmungsmittelsteuerdurchlaß 238 zum Hochdruck im Transfer- bzw. Übertragungsdurchlaß 236 zu schließen, und öffnet den selbigen zum Nieder druck-Ablauf 220. Jedoch ist der Haltestrom nicht ausrei chend, um irgendeine Veränderung der Position des Hülsen ventilglieds 255 zu bewirken, welches in seiner offenen Position bleibt, wobei der Betätigungsströmungsmittel hohlraum 217 zum Hochdruck-Einlaß 216 hin offen ist.

In diesem Ausführungsbeispiel kann das Hülsenventilglied 255 als ein Betätigungsströmungsmittelsteuerventil ange sehen werden, jedoch wird dem Fachmann klar sein, daß durch erneutes Anordnen von verschiedenen Durchlaßwegen das Betätigungsventilglied 252 und das Hülsenventilglied 255 zu einem einzigen Kolbenventilglied zusammengeführt werden könnten.

Ein Verstärkungskolben 260 ist angeordnet, um sich in ei ner Kolbenbohrung 222 zwischen einer Vorwärts- bzw. vor deren Position und einer Rückkehr- bzw. Rückholposition hin- und herzubewegen, wie gezeigt. Ein Stößel 264 ist positioniert, um sich in der Stößelbohrung 224 zwischen einer zurückgezogenen bzw. eingefahrenen Position, wie gezeigt, und einer ausgefahrenen Position hin- und herzu bewegen. Der Verstärkungskolben 260 und der Stößel 264 sind über eine Druckfeder 262 in ihre jeweiligen Rück stell- und eingefahrenen Positionen vorgespannt. Ein Teil der Stößelbohrung 224 und des Stößels 264 definieren eine Brennstoffdruckkammer 230, die zu einer Düsenkammer 228 über einen Düsenversorgungsdurchlaßweg 235 hin offen ist, der in dieser Schnittansicht verborgen ist. Die Düsenkam mer 228 wiederum öffnet sich zu einem Düsenauslaß 229, der sich zur Brennkammer des Motors hin öffnet.

Ein Nadelventil 280 ist innerhalb der Düsenkammer 228 montiert und kann sich zwischen einer geschlossenen Po sition, wie gezeigt, in der die Düsenkammer 228 zum Dü senauslaß 229 hin verschlossen ist, und einer offenen Po sition bewegen, in der die Düsenkammer 228 zum Düsen auslaß 229 hin offen ist. Ein Ende der Nadel definiert eine hydraulische Verschlußoberfläche 284, die offen ist und einem Strömungsmitteldruck innerhalb der Nadelsteuer kammer 240 ausgesetzt ist. Die Düsenkammer 228 ist von der Nadelsteuerkammer 290 durch die relativ enge Passung in der Bohrung 254 isoliert. Die Nadelsteuerkammer 240 und ihr Verbindungsdurchlaß 248 sind abwechselnd offen zu einer Hochdruck-Strömungsmittelquelle oder einem Nieder druck-Durchlaß, und zwar durch ein Nadelsteuerventil 270, welches innerhalb des Einspritzvorrichtungskörpers 215 montiert ist. Das Nadelsteuerventil 270 ist beweglich zwischen einer Aus-Position, in der das die Nadelsteuer kammer 240 zu einem Hochdruck in der Brennstoffdruckkam mer 230 über einen Verbindungsdurchlaß 242 geöffnet ist, und einer An-Position, in der die Nadelsteuerkammer 240 zu einem Niederdruck-Durchlaß 244 hin offen ist. Die An- oder Aus-Positionierung des Nadelsteuerventils 270 wird durch den Druck innerhalb des Betätigungsströmungsmittel steuerdurchlasses 238 gesteuert.

Das Nadelventil 280 weist eine hydraulische Öffnungsober fläche 282 auf, die dem Druck innerhalb der Düsenkammer 228 ausgesetzt ist. Die hydraulische Verschlußoberfläche 284 und die hydraulische Öffnungsoberfläche 282 sind be messen und angeordnet, so daß das Nadelventil 280 zu sei ner geschlossenen Position hin vorgespannt ist, wenn die Nadelsteuerkammer 240 zur Brennstoffdruckkammer 230 hin geöffnet ist. Diese Vorspannung kann bewirkt werden durch eine hydraulische Unausgeglichenheit im Nadelventil 280 auf Grund der relativen Größe der hydraulischen Oberflä chen und/oder durch die Wirkung einer Druckrückstellfeder 286. Die Druckfeder 286 spannt das Nadelventil 280 zu seiner geschlossenen Position hin vor, wenn der Druck in der Düsenkammer 228 unter einem Ventilöffnungsdruck ist, und das Nadelsteuerventil 240 wird zu einem Niederdruck-Durchlaß 244 hin geöffnet. Das Nadelventil 280 ist zu seiner offenen Position hin vorgespannt, wenn die Nadel steuerkammer 240 zum Niederdruck-Durchlaß 244 hin geöff net ist, und der Brennstoffdruck innerhalb der Düsenkam mer 228 größer ist als ein Ventilöffnungsdruck, der aus reicht, um die Druckfeder 286 zu überwinden.

Mit Bezug auf Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht des Be tätigungsventilgebietes der Brennstoffeinspritzvorrich tung 14′ gezeigt, um besser die Positionierung und die Anschlüsse zu erklären, die mit dem Betätigungsströmungs mittel assoziiert sind. Das Hülsenventilglied 255 weist ein hohles inneres bzw. einen hohlen Innenraum 257 auf, gegenüberliegende hydraulische Endoberflächen und eine Vielzahl von radialen Öffnungen 258. Wenn der Elektromag net 250 entregt wird, drückt die Druckfeder 254 das Betä tigungsventilglied 252 nach rechts, was wiederum das Ku gelventil 219 gegen den Sitz 225 drückt. Dies setzt die hydraulische Endfläche 256 des Hülsenventilgliedes 255 dem niedrigen Druck des Betätigungsströmungsmittelablau fes 220 aus. Das Hochdruck-Betätigungsströmungsmittel vom Einlaß 216 wirkt auf das andere Ende des Hülsenventil gliedes 255, was es, wie gezeigt, zu seiner geschlossenen Position hin drückt, in der der Sitz 221 geschlossen ist, jedoch der Sitz 223 offen ist. In dieser Position ist das Strömungsmittel im Betätigungsströmungsmittelhohlraum 217 niedrig bzw. tief, da er offen ist zum Niederdruck-Betä tigungsströmungsmittelablauf 218, und zwar über den Sitz 223. Auch ist, wenn der Elektromagnet 250 entregt ist, der Betätigungsströmungsmittelsteuerdurchlaß 238 offen zum Niederdruck-Betätigungsströmungsmittelablauf 220, und zwar über einen Sitz 231.

Wenn der Elektromagnet 250 vollständig mit einem Pull-In- bzw. Einzugsstrom erregt ist, wird das Betätigungskolben ventilglied 252 nach links bewegt, was den Sitz 231 schließt, da der Sitz 233 den Betätigungsströmungsmittel steuerdurchlaß 238 zum Druck innerhalb des Übertragungs durchlasses 236 hin öffnet. Zur gleichen Zeit bewegt das Hochdruck-Betätigungsströmungsmittel innerhalb des hohlen Innenraums 257 das Kugelventil 219 vom Sitz 225 zum Sitz 227. Dies wiederum gestattet, daß Betätigungsströmungs mittel herum fließt, und zwar hinter das Hülsenventil glied 255, um auf die hydraulische Endfläche 256 zu wir ken, was das Hülsenventil 255 hydraulisch ausgeglichen macht. Das Hülsenventil 255 bewegt sich dann nach rechts unter der Einwirkung der Druckfeder 259, um den Sitz 223 zu schließen, und den Sitz 221 zu öffnen. Wenn dies auf tritt, fließt das Hochdruck-Betätigungsströmungsmittel in den Betätigungsströmungsmittelhohlraum 217 und den Über tragungsdurchlaß 236 über die Radialöffnungen 258 im Hül senventilglied 255.

Mit Bezug auf Fig. 6 sind die Ansichten des Direktsteuer nadelventils dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zur Verdeutlichung vergrößert. Das Nadelsteuer ventil 270 weist ein Direktsteuerventilglied 272 auf, und zwar mit einer hydraulischen Druckfläche 271, die sich zum Betätigungsströmungsmittelsteuerdurchlaß 238 hin öff net. Eine hydraulische Druckfläche 271 ist an einem Ende positioniert, um eine hydraulische Kraft auf dem Direkt steuerventilglied zu seiner offenen Position hin zu er zeugen, in der die Nadelsteuerkammer 240 zu einem Nieder druck-Durchlaß 244 über einen Verbindungsdurchlaßweg 248 und über einen Sitz 276 geöffnet ist. Eine Druckfeder 279 spannt normalerweise das Nadelsteuerventil 270 zu seiner Aus-Position hin vor, in der die Nadelsteuerkammer 240 zur Brennstoffdruckkammer 230 über die Verbindungsdurch lässe 248 und 242 geöffnet ist, und zwar über den Sitz 274.

Niederdruck-Brennstoff wird zur Einspritzvorrichtung 14′ durch eine Öffnung 226 (siehe Fig. 4) geliefert, die sich zu einem Brennstoffversorgungsdurchlaß 232 hin öffnet. Wenn der Stößel 264 sich zurückzieht, fließt Brennstoff zurück in die Brennstoffdruckkammer 230 über das Kugel rückschlagelement 234, welches im Brennstoffversorgungs durchlaß 232 positioniert ist. Der Niederdruck-Durchlaß 244 öffnet sich zu einem internen bzw. Innendurchlaß 254, der in Verbindung steht mit einer Rückführöffnung 246, und zwar zur Rückzirkulation zu einer weiteren Einspritz vorrichtung.

Mit Bezug auf Fig. 7 ist ein Teil von noch einer weiteren Einspritzvorrichtung 14′′ gezeigt, und zwar als eine Va riation der in den Fig. 4-6 veranschaulichten Einspritz vorrichtung 14′. Insbesondere ist die Einspritzvorrich tung 14′′ im wesentlichen identisch mit der früher be schriebenen Einspritzvorrichtung 14′ außer daß das Di rektsteuerventilglied 272 in diesem späteren Ausführungs beispiel eliminiert wird, so daß das Verschließen des Na delventils durch direktes Aufbringen eines Betätigungs strömungsmitteldruckes auf die hydraulische Verschluß oberfläche 323 des Nadelventils 320 durchgeführt wird. Bei der Einspritzvorrichtung 14′ bewegt Betätigungsströ mungsmitteldruck ein Ventil 270, das die hydraulische Verschlußoberfläche einem Hoch- oder Niederdruck-Brenn stoff aussetzt. Der obere Teil der Einspritzvorrichtung 14′′ ist im wesentlichen identisch mit dem der Einspritz vorrichtung 14′ und der Leser sollte für eine Beschrei bung dieser Merkmale von beiden Ausführungsbeispielen auf Fig. 5 und ihre beigefügte Offenbarung Bezug nehmen.

Die Einspritzvorrichtung 14′′ weist einen Einspritzvor richtungskörper 315 auf, der einen inneren Durchlaß 245 und eine Nadelverstärkungsbohrung 318 definiert. In die sem Ausführungsbeispiel weist das Nadelventil 320 einen Nadelteil 321 und einen Endteil 322 auf. Der Endteil 322 arbeitet als ein Kolben, der die Betätigungsströmungsmit teldruckkraft auf das Nadelventil 320 verstärkt. Diese zwei Teile des Nadelventils 320 werden aus getrennten Teilen hergestellt, jedoch wird dem Fachmann klar sein, daß der Nadelteil 321 und der Endteil 322 aus einem ein zigen integralen Stück geeigneten Materials hergestellt werden könnten. Das Nadelventil 320 kann sich innerhalb der Düsenkammer 228 zwischen einer geschlossenen Posi tion, in der der Düsenauslaß 229 verschlossen ist, und einer offenen Position bewegen, in der der Düsenauslaß offen ist. Das Nadelventil 320 weist zumindest eine hy draulische Öffnungsoberfläche 282 auf, die dem Strömungs mitteldruck innerhalb der Düsenkammer 228 ausgesetzt ist, und eine hydraulische Verschlußoberfläche 323, die dem Druck innerhalb der Nadelsteuerkammer 340 ausgesetzt ist. Es sei bemerkt, daß die Nadelsteuerkammer 340 immer von der Brennstoffdruckkammer 230 isoliert ist. Die Nadel steuerkammer 340 ist immer in direkter Strömungsmittel verbindung mit einem Betätigungsströmungsmittelsteuer durchlaß 238, wie früher mit Bezug auf die Fig. 4-6 be schrieben.

In diesem Ausführungsbeispiel wirkt das Betätigungskol benventilglied 252 als ein Nadelsteuerventil, da es ab wechselnd den Betätigungsströmungsmittelsteuerdurchlaß 238 zum Hochdruck-Betätigungsströmungsmitteleinlaß 216 oder einem Niederdruck-Betätigungsströmungsmittelablauf 220 (siehe Fig. 5) öffnet. Die hydraulische Öffnungsober fläche 282 und die hydraulische Verschlußoberfläche 323 sind bemessen und angeordnet, so daß das Nadelventil 320 in eine geschlossene Position vorgespannt ist, wenn die Nadelsteuerkammer 340 und der Betätigungsströmungsmit telsteuerdurchlaß 238 zu einer Hochdruck-Strömungsmittel quelle hin offen sind, d. h. dem Betätigungsströmungs mitteleinlaß 216. Wenn der Betätigungsströmungsmittel steuerdurchlaß 238 zum Niederdruck-Ablauf 220 hin offen ist, wird das Nadelventil 320 durch die Wirkung der Rück stellfeder 286 in seine geschlossene Position vorge spannt. Wenn der Brennstoffdruck innerhalb der Düsen kammer 228 über einem Ventilöffnungsdruck ist, und die Nadelsteuerkammer 340 zum Niederdruck-Ablaufdurchlaß 220 hin offen ist, wird sich das Nadelventil 320 anheben und gegen die Wirkung der Feder 286 öffnen, um den Düsenaus laß 229 zu öffnen. Somit arbeitet dieses Ausführungsbei spiel ähnlich wie das vorherige Ausführungsbeispiel, eli miniert jedoch das Direktsteuerventilglied 272 des vorhe rigen Ausführungsbeispiels, so daß das Betätigungs strömungsmittel verwendet wird, um direkt hydraulische Kräfte auf das Nadelventil aufzubringen.

Mit Bezug auf die Einspritzvorrichtungen der Fig. 2 und 3 ist bevor ein Einspritzzyklus beginnt die elektrische Be tätigungsvorrichtung 70 oder der Elektromagnet normaler weise entregt, so daß das erste Ventil 72 geöffnet ist und das zweite Ventil 80 in seiner ersten Position ist. Das Nadelventil 76 ist in seiner ersten (geschlossenen) Position. Das geöffnete erste Ventil 72 gestattet, daß die Brennstoffdruckkammer 94 und die Düsenkammer 102 mit Brennstoff mit relativ geringem Druck gefüllt werden, der durch den Niederdruck-Durchlaß 96 geliefert wird.

Der Stößel 110 wird hydraulisch nach unten getrieben, und zwar durch unter Druck gesetztes Hydraulikbetätigungsströ mungsmittel, das selektiv an den Betätigungsströmungsmit telhohlraum 35 und den Verstärkungskolben 109 nach elek trischer Betätigung der Betätigungsvorrichtung 84 gelie fert wird. Der Stößel 110 beginnt seinen Hub von seiner zurückgezogenen oder ersten Position. Nach einer gewähl ten Größe des Stößelhubes, wird der Elektromagnet 70 er regt, wodurch ein Schließen des ersten Ventils 72, eine Bewegung des zweiten Ventils 80 in seine zweite Position und eine Kompression der zweiten Feder 118 verursacht wird. Der Elektromagnet 70 bleibt vorzugsweise erregt, bis der Brennstoffdruck in der Brennstoffdruckkammer 94 einen Pegel erreicht, der ausreicht, um hydraulisch das erste Ventil 72 geschlossen zu halten. Der Elektromagnet 70 wird dann entregt, wodurch es der zusammengedrückten zweiten Feder 118 gestattet wird, das zweite Ventil 80 in seine erste Position zurückzuführen. Der Brennstoffdruck in der Brennstoffdruckkammer 94 und in der Düsenkammer 102 fährt fort auf einen variabel gewählten Druck an zu steigen, und zwar aufgrund des fortgesetzten Hubes des Stößels 110. Wenn das zweite Ventil 80 in seiner ersten Position ist, steht Hochdruck-Brennstoff in Verbindung mit der Nadelsteuerkammer 104 von der Düsenkammer 102, und zwar zwischen den geöffneten Sitzen 162, 164. Wenn das Nadelventil 76 sitzt bzw. verschlossen ist, ist das hydraulische Verschlußflächengebiet, das hohem Brenn stoffdruck ausgesetzt ist, größer als das hydraulische Öffnungsflächengebiet, wodurch verhindert wird, daß sich das Nadelventil 76 öffnet.

Um die Einspritzung zu starten wird der Elektromagnet 70 wieder erregt, wodurch er das zweite Ventil 80 in seine zweite Position bewegt, und wieder die zweite Feder 118 zusammendrückt. Dies schließt die Sitze 164, 162 des zweiten Ventils und des oberen Anschlags. Dies öffnet auch die Sitze 170, 168 des zweiten Ventils 80 und der Sitzhülse 150, wobei die Nadelsteuerkammer 104 mit dem Niederdruck-Durchlaß 98 verbunden wird. Durch Reduzieren des Drucks in der Nadelsteuerkammer 104 und durch das Vorsehen von hohem Druck in der Düsenkammer 102 öffnet sich das Nadelventil 76, um die Brennstoffeinspritzung durch den Düsenauslaß 108 und in die (nicht gezeigte) Mo torbrennkammer zu beginnen.

Um die Brennstoffeinspritzung zu beenden, wird der Elek tromagnet 70 wieder entregt, wodurch es der zusammenge drückten zweiten Feder 118 gestattet ist, das zweite Ven til 80 zurück in seine erste Position zu führen, und die Sitze 170, 168 des zweiten Ventils 80 und der Sitzhülse 150 zu schließen, um die Strömungsmittelverbindung zwi schen der Nadelsteuerkammer 104 und dem Niederdruck-Durchlaß 98 zu blockieren. Darüber hinaus werden die Sit ze 164, 162 des zweiten Ventils 80 und des oberen An schlags 142 geöffnet, wodurch die Nadelsteuerkammer 104 mit der Düsenkammer 102 verbunden wird, wodurch Hoch druck-Brennstoff zurück in die Nadelsteuerkammer 104 ein geführt bzw. geleitet wird.

Vorzugsweise sind die hydraulischen Öffnungs- und Ver schlußflächengebiete des Nadelventils 76 derart bemessen und angeordnet, daß wenn das Nadelventil 76 geöffnet wird und das zweite Ventil 80 in seiner ersten Position ist, die Netto-Hydraulikkräfte, die auf das Nadelventil 76 wirken, effektiv Null sind. In anderen Worten, die Netto-Gegen strömungsmitteldrücke sind gleich und auch die hy draulischen Öffnungs- und Verschlußflächengebiete auf de nen solche Drücke wirken sind gleich. Wenn das Nadelven til 76 geöffnet wird, ist die Kraft auf der ersten Feder 116 vorzugsweise die einzige unausgeglichene bzw. unba lancierte Kraft, die auf das Nadelventil 76 wirkt, und folglich das Nadelventil 76 in seine erste (geschlossene) Position vorspannt. Am Ende des Brenn stoffeinspritzzyklusses oder des Einspritzsegmentes drückt die Kraft der ersten Feder 116 das Nadelventil 76 aus seiner geöffneten Position mit einer gewählten Geschwin digkeit in seine geschlossene Position. Die erste Feder kraft ist vorzugsweise ausgewählt, um ausreichend hoch für ein adäquates Nadelventilansprechen zu sein, jedoch ausreichend niedrig um das Nadelventil 76 sanft auf den Spitzensitz 106 zu bewegen, so daß das Nadelventil 76 nicht die Spitze 154 beim Anfangskontakt überbeansprucht. Vorteilhafterweise wird das Ende der Brennstoffeinsprit zung während eines Einspritzzykluses oder -segmentes ge nauer gesteuert, da die Geschwindigkeit des Nadelventiles 76 in Schließrichtung primär nur durch die Kraft der er sten Feder 116 bestimmt wird, mit minimaler Einwirkung auch den Brennstoffeinspritzdruck.

Mit Bezug auf die in den Fig. 4-6 veranschaulichte Brennstoffeinspritzvorrichtung 14′ wird jede Einspritz sequenz gestartet durch Anlegen eines Einzugs- bzw. Pull- In-Stroms an den Elektromagneten 250, um das Betätigungs kolbenventilglied 252 nach links zu bewegen. Öldruck, der in die Einspritzvorrichtung eingetreten ist und an einem Sitz 225 abgefangen wurde, kann nun das Kugelventil 219 auf den Sitz 227 drücken. Hochdruck-Öl kann über den Sitz 225 durch Quernuten in der Rückseite des Hülsenventil gliedes 255 fließen, um auf die hydraulische Endfläche 256 zu wirken. Das Hülsenventilglied 255 ist nun druck ausgeglichen und die Feder 259 bewegt es nach rechts. Dies öffnet den Sitz 221 und schließt den Sitz 223. Die Hauptölversorgung kann durch die Radialöffnungen 258 fließen, über den Sitz 221 in dem Betätigungsströmungs mittelhohlraum 217 zum Oberteil des Verstärkungskolbens 260, wobei er beginnt sich nach unten zu bewegen. Öl fließt auch durch einen Verbindungsdurchlaß 236 zum Betä tigungskolbenventilglied 252. Ein Öldruck auf der hydrau lischen Druckoberfläche 271 des Nadelsteuerventils 270 bewegt das Direktsteuerventilglied 272 nach rechts, was den Sitz 274 schließt und den Sitz 276 öffnet. Wenn sich der Verstärkungskolben 260 und der Stößel 264 nach unten bewegen, beginnt ein Strömungsmitteldruck, sich innerhalb der Brennstoffdruckkammer 230 aufzubauen, was das Kugel rückschlagelement 234 schließt. Wenn der Elektromagnet-Einzugs strom an bleibt, wird sich ein Brennstoffdruck in nerhalb der Düsenkammer 228 über ihren Verbindungsdurch laß 235 zur Brennstoffdruckkammer 230 aufbauen, bis ein Ventilöffnungsdruck (VOP = valve opening pressure) er reicht ist, und sich das Nadelventil gegen die Wirkung der Nadelrückstellfeder 286 öffnet.

Um eine Direktsteuerung des Nadelventils 280 vorzusehen, wird der Elektromagnet-Einzugsstrom auf seinen Haltestrom verringert, bevor der Brennstoffdruck den Ventilöffnungs druck (VOP) erreicht. Durch Vorsehen von zwei Kraftpegeln bzw. -niveaus des Elektromagneten (Einzug und Halten) findet eine andere Einspritzcharakteristik statt. Das Zu rückfallen auf einen Haltestrom vom anfänglichen Ein zugsstrom bewirkt, daß das Betätigungskolbenventilglied 252 den Sitz 233 schließt und den Sitz 231 öffnet. Der Haltestrom wird genug Kraft liefern, um zu verhindern, daß die Elektromagnetfeder das Kugelventil 219 vom Sitz 272 wegdrückt. Hochdruck-Öl kann nicht weiter über den Sitz 233 in den Betätigungsströmungsmittelsteuerdurchlaß 238 fließen, um das Nadelsteuerventil 270 in seine An-Position zu drücken. Statt dessen kann das unter Druck ge setzte Öl, welches auf den Hydraulikdruck auf die Ober fläche 271 des Nadelsteuerventils 270 wirkt, über den Sitz 231 fließen, der zum Niederdruck-Betätigungsströ mungsmittelablauf 220 offen ist. Das Lösen bzw. Ablassen dieses unter Druck gesetzten Öls gestattet es, daß die Druckfeder 279 das Nadelsteuerventil 270 nach links drückt, was den Sitz 274 öffnet und den Sitz 276 schließt.

Brennstoffdruck baut sich weiter daher auf, daß sich der Verstärkungskolben 260 und der Stößel 264 nach unten be wegen (oder an dem Punkt angehalten sind, wo der Brenn stoff vollständig komprimiert ist, was den Stößel hydrau lisch verriegelt), jedoch wird sich das Nadelventil 280 nicht öffnen, da Hochdruck-Brennstoff von der Brennstoff druckkammer 230 durch den Verbindungsdurchlaß 242 über den Sitz 274 in den Verbindungsdurchlaß 248 und schließ lich zur Nadelsteuerkammer 240 fließen kann, um auf die hydraulische Verschlußoberfläche 284 des Nadelventils 280 zu wirken. Der Druck auf dem Nadelventil 280 sieht eine Kraft vor, die erforderlich ist, um es geschlossen zu halten. Um das Nadelventil 280 zu öffnen, schaltet der Elektromagnet 250 vom Haltestrom auf seinen vergrößerten Einzugsstrom. Dies gestattet es, daß Hochdrucköl zur hy draulischen Druckfläche 271 des Nadelsteuerventils 270 zurückkehrt, was das Direktsteuerventilglied nach rechts bewegt, was den Sitz 274 schließt und den Sitz 276 öff net. Hochdruck-Brennstoff kann nicht weiter über den Sitz 274 fließen, um die hydraulische Verschlußoberfläche 284 des Nadelventils 280 unter Druck zu setzen. Der unter Druck gesetzte Brennstoff auf dem Nadelventil kann nun über den Sitz 276 fließen, der zum Niederdruck-Durchlaß 244 hin offen ist. Dies entfernt die Kraft, die das Na delventil geschlossen hält und nun öffnet es, was zuläßt, daß Brennstoff aus der Düsenkammer 228 durch den Düsen auslaß 229 austritt. Die Brennstoffeinspritzung kann un terbrochen oder temporär ausgesetzt werden, und zwar durch Rückführen des Elektromagnetstromes auf seinen Hal tepegel. Dies setzt erneut die hydraulische Ver schlußoberfläche 284 des Nadelventils 280 unter Druck, was bewirkt daß es schließt. Dieses Direksteuernadelven til 280 gestattet es, daß der Düsenauslaß irgendeine An zahl von Malen während jedes Einspritzzykluses geöffnet und geschlossen wird.

Um die Einspritzung zu beenden und um zu gestatten, daß sich die Einspritzvorrichtung für den nächsten Zyklus wieder selbst mit Brennstoff versorgt, wird der Elektro magnet 250 entregt. Dies bewirkt, daß das Betätigungskol benventilglied 252 den Sitz 233 schließt und den Sitz 231 öffnet. Dies löst das unter Druck gesetzte Öl, welches auf das Nadelsteuerventil 270 wirkt. Die Elektromagnetfe der 254 bewirkt, daß das Betätigungsventilglied 252 das Kugelventil 219 vom Sitz 227 zurück zum Sitz 225 drückt.

Die Hochdruckölversorgung ist am Sitz 225 abgeschlossen, und der Öldruck auf der hydraulischen Endfläche 256 des Hülsenventilgliedes 255 wird über den Sitz 227 zum Nie derdruck-Ablauf 220 abgelassen. Das Hülsenventilglied 255 wird wieder druckvorgespannt, was bewirkt, daß es sich nach links gegen die Wirkung der Feder 259 bewegt, um den Sitz 221 zu schließen und den Sitz 223 zu öffnen. Dies läßt unter Druck gesetztes Öl, welches auf den Oberteil des Verstärkungskolbens 260 wirkt, durch Öffnen des Betä tigungsströmungsmittelhohlraums 217 zum Niederdruck-Ablauf 218 über den Sitz 223 ab. Der Verstärkungskolben 260 und der Stößel 264 werden dann nach oben durch die Rückstellfeder 262 zurückgestellt. Der absinkende Brenn stoffdruck bewirkt, daß sich das Kugelrückschlagelement 234 öffnet und Brennstoff in die Brennstoffdruckkammer 230 nachfüllt.

Das Wechseln der Strompegel von Einzug auf Halten bewirkt wahre Freiheit bei der Lieferung des Brennstoffes während des Einspritzzyklusses. Eine Einspritzcharakteristik, die auf die speziellen Motorbetriebszustände zugeschnitten ist, kann erhalten werden. Dieses Einspritzsystem sieht die Möglichkeit vor, Einspritzdrücke zu variieren, und zwar durch Steuern des Druckes des Betätigungsströmungs mittels, und sieht die Möglichkeit bzw. Fähigkeit vor, Einspritzcharakteristiken durch die direkte Steuerung des Nadelventils zu steuern. Die direkte Steuerung des Nadel ventils gestattet es dem Computer zu steuern, wann das Nadelventil bei irgendeinem Druck zwischen dem Ventilöff nungsdruck und einem Maximaleinspritzdruck geöffnet wird Dies sieht beträchtliche Steuermöglichkeiten über die An fangseinspritzmassenflußrate vor, um, falls erwünscht, eine gewisse Ratenformung bzw. -steuerung zu erzeugen. Gleichzeitig gestatten die Aspekte der direkten Steuerung der vorliegenden Erfindung ein gewünschtes abruptes Ende für die Einspritzung durch Vorsehen der Mittel, durch die das Nadelventil schnell zu irgendeiner gewünschen Zeit geschlossen werden kann.

Mit Bezug auf die in Fig. 7 veranschaulichte Brennstoff einspritzvorrichtung 14′′ wird jeder Einspritzvorgang in derselben Weise eingeleitet, gesteuert und beendet, wie bei der zuvor beschriebenen Einspritzvorrichtung 14′. Wenn das Nadelsteuerventil 252 (siehe Fig. 5) den Betä tigungsströmungsmittelsteuerdurchlaß 238 zum Hochdruck-Betätigungs strömungsmitteleinlaß 216 hin öffnet, wird das Nadelventil 320 wegen der hydraulischen Kraft geschlossen gehalten, die auf die hydraulische Verschlußoberfläche 323 wirkt. Nachdem der Brennstoff innerhalb der Brenn stoffdruckkammer 230 und der Düsenkammer 228 hydraulisch auf einen Einspritzdruck unter Druck gesetzt worden ist, wird jeder Einspritzvorgang initialisiert durch Bewegen des Nadelsteuerventils 252, um den Betätigungströmungs mittelsteuerdurchlaß 238 und die Nadelsteuerkammer 340 zu einem Niederdruck-Betätigungsströmungsmittelabfluß 220 zu öffnen. Dies entlastet den Druck auf der hydraulischen Verschlußoberfläche 323, was es gestattet, daß sich das Nadelventil 320 unter der hydraulischen Kraft öffnet, die von dem unter Druck gesetzten Strömungsmittel erzeugt wird, welches auf die hydraulische Öffnungsoberfläche 282 wirkt. Wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel wird die Einspritzung wieder durch Öffnen des Betätigungsströ mungsmittelsteuerdurchlasses 238 und der Nadelsteuerkammer 340 zum Hochdruck-Betätigungsströmungsmitteleinlaß 216 hin beendet. Somit ist der Betrieb der Einspritzvorrich tung 14′′ im wesentlichen identisch mit dem Betrieb der früher beschriebenen Einspritzvorrichtung 14′, außer daß das Direktsteuerventilglied 272 dafür eliminiert worden ist, daß zugelassen wird, daß Hochdruck- und Niederdruck- Betätigungsströmungsmittel direkt auf die hydraulische Verschlußoberfläche des Nadelventils wirkt.

Die vorliegende Erfindung kann den Spitzenbrennstoffein spritzdruck unabhängig von der Motordrehzahl und -bela stung variieren. Die vorliegende Erfindung kann variabel die Brennstoffmenge von jedem getrennten Brennstoffein spritzabschnitt während eines Einspritzzyklusses steuern. Die vorliegende Erfindung kann auch variabel jedes Zeitin tervall zwischen jedem getrennten Brennstoffeinspritzab schnitt während des Einspritzzyklusses steuern. Darüber hinaus kann (können) der (die) Einspritzvorrichtungselek tromagnet(en) einmal oder eine ausgewählte Vielzahl von Malen während eines Einspritzzyklusses erregt und entregt werden, um eine oder eine variabel ausgewählte Vielzahl von Einspritzabschnitten zu bilden.

Darüber hinaus verbessern die Hydraulikenergiewiederge winnungs- und -wiederverwendungsmittel 22 den Betriebs wirkungsgrad des HEUI-B-Brennstoffsystems 10. Anstatt verbrauchtes Betätigungsströmungsmittel zum Sumpf bzw. Tank 24 folgend auf die Einspritzung abzulassen bzw. zu leiten, wird die Energie, die in solchen verwendeten bzw. gebrauchten, unter Druck gesetzten Betätigungsströmungs mittel gespeichert ist, zur Quelle 32 zurückgeführt, und zwar dadurch, daß es durch den Hydraulikmotor 178 gelei tet wird. Der Hydraulikmotor 178 wandelt hydraulische Strömung und Druck des Betätigungsströmungsmittels, das von den Einspritzvorrichtungen 14 erhalten wird, in me chanische Energie um, die drehbar bzw. drehend den An triebsstrang des Motors 12 antreibt. Diese Anordnung sieht einen verbesserten spezifischen Bremsbrennstoffver brauch bzw. Brennstoffverbrauch (BSFC = break specific fuel consumption) oder Wirkungsgrad des Motors 12 vor.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung kön nen aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der angehängten Ansprüche erhalten werden.

Zusammenfassend kann man folgendes sagen:
Eine hydraulisch betätigte Brennstoffeinspritzvorrichtung weist einen Einspritzvorrichtungskörper mit einer Nadel steuerkammer auf, eine Düsenkammer und einen Düsenauslaß, der sich zur Düsenkammer hin öffnet. Brennstoff innerhalb der Einspritzvorrichtung wird während jedes Einspritz zyklusses hydraulisch unter Druck gesetzt. Ein Nadelven til ist angeordnet, um sich in der Düsenkammer hin- und herzubewegen, und zwar zwischen einer offenen Position, in der der Düsenauslaß offen ist, und einer geschlossenen Position, in der der Düsenauslaß geschlossen ist. Das Na delventil weist eine hydraulische Verschlußoberfläche auf, die dem Druck in der Nadelsteuerkammer ausgesetzt ist. Ein Nadelsteuerventil ist innerhalb des Einspritz vorrichtungskörpers montiert und ist beweglich zwischen einer Aus-Position, in der die Nadelsteuerkammer zu einer Hochdruck-Strömungsmittelquelle hin offen ist, und einer An-Position, in der die Nadelsteuerkammer zu einem Nie derdruck-Durchlaß hin offen ist.

Claims

1. Hydraulisch betätigte Brennstoffeinspritzvorrich tung, die folgendes aufweist:
einen Einspritzvorrichtungskörper mit einer Nadel steuerkammer, einer Düsenkammer und einem Düsenaus laß, der sich zur Düsenkammer hin öffnet;
Hydraulikmittel, die den Einspritzvorrichtungskörper aufweisen, und zwar mit einem Betätigungsströmungs mittelhohlraum, der sich zu einem Betätigungs strömungsmitteleinlaß und einem Betätigungsströ mungsmittelablauf öffnet, und mit einem Betätigungs strömungsmittelsteuerventil, welches in dem Ein spritzvorrichtungskörper montiert bzw. befestigt ist, und welches eine erste Position besitzt, in der der Betätigungsströmungsmittelhohlraum zum Betätigungs strömungsmitteleinlaß geöffnet ist, und eine zweite Position, in der der Betätigungsströmungsmittelhohl raum zum Betätigungsströmungsmittelablauf geöffnet ist, und zwar um Brennstoff in der Düsenkammer unter Druck zu setzen;
ein Nadelventil, welches angeordnet ist, um sich in der Düsenkammer zwischen einer geöffneten Position, in der der Düsenauslaß offen ist und einer geschlos senen Position hin- und herzubewegen, in der der Dü senauslaß geschlossen ist, wobei das Nadelventil ei ne hydraulische Verschlußoberfläche aufweist, die dem Druck in der Nadelsteuerkammer ausgesetzt ist; und
ein Nadelsteuerventil, welches innerhalb des Ein spritzvorrichtungskörpers montiert ist, und welches beweglich ist zwischen einer Aus-Position, in der die Nadelsteuerkammer zu einer Hochdruck-Strömungs mittelquelle hin geöffnet ist, und einer An-Position, in der die Nadelsteuerkammer zu einem Nie derdruck-Durchlaß hin geöffnet ist.

2. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wo bei das Nadelventil eine hydraulische Öffnungsober fläche besitzt, die dem Druck in der Düsenkammer ausgesetzt ist;
wobei die hydraulische Verschlußoberfläche und die hydraulische Öffnungsoberfläche bemessen und ange ordnet sind, so daß das Nadelventil hydraulisch zur geschlossenen Position hin vorgespannt ist, wenn die Nadelsteuerkammer zur Hochdruck-Strömungsmittelquel le hin geöffnet ist.

3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die weiter eine Feder aufweist, und zwar in Kon takt mit dem Nadelventil, um das Nadelventil zu der geschlossenen Position hin vorzuspannen, wenn der Druck in der Düsenkammer unter einem Ventilöffnungs druck ist, und wobei die Nadelsteuerkammer zu dem Niederdruck-Durchlaß hin geöffnet ist; und
wobei das Nadelventil hydraulisch zu der offenen Po sition hin vorgespannt ist, wenn die Nadelsteuerkam mer mit dem Niederdruck-Durchlaß verbunden ist, und der Druck in der Düsenkammer größer ist als der Ven tilöffnungsdruck.

4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, wobei die Hydraulikmittel zum Unterdrucksetzen wei ter folgendes aufweisen:
wobei der Einspritzvorrichtungskörper eine Stößel bohrung und eine Kolbenbohrung besitzt, einen Ver stärkungskolben, der positioniert ist, um sich in der Kolbenbohrung zwischen einer Vorder- bzw. Vor wärtsposition und einer Hinter- bzw. Rückposition hin- und herzubewegen;
einen Stößel, der positioniert ist, um sich in der Stößelbohrung zwischen einer eingefahrenen Position und einer ausgefahrenen Position hin- und herzube wegen; und
wobei ein Teil der Stößelbohrung und der Stößel eine Brennstoffdruckkammer definieren, die zu der Düsen kammer hin offen ist.

5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, wobei die Hochdruck-Strömungsmittelquelle eine Brennstoffdruckkammer ist.

6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, wobei das Nadelsteuerventil ein Direktsteuerventil glied aufweist, welches montiert bzw. angeordnet ist, um sich in dem Einspritzvorrichtungskörper zu bewegen, und zwar zwischen einer Aus-Position, in der die Nadelsteuerkammer zur Brennstoffdruckkammer hin offen ist, und einer An-Position, in der die Na delsteuerkammer zu dem Niederdruck-Durchlaß hin of fen ist.

7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6, wobei das Direktsteuerventilglied eine Hydraulik druckoberfläche aufweist, die sich zu einem Betäti gungsströmungsmittelsteuerdurchlaß in dem Einspritz vorrichtungskörper hin öffnet und positioniert bzw. angeordnet ist, um eine Hydraulikkraft auf dem Di rektsteuerventilglied zu der erwähnten An-Position hin zu erzeugen;
Mittel innerhalb des Einspritzvorrichtungskörpers, um das Direktsteuerventilglied zu der Aus-Position hin vorzuspannen;
wobei das Betätigungsströmungsmittelsteuerventil den Betätigungsströmungsmittelsteuerdurchlaß zum Betäti gungsströmungsmitteleinlaß hin abschließt, wenn es in der zweiten Position ist, und wobei der Betäti gungsströmungsmittelsteuerdurchlaß zu einem Nieder druck-Ablauf hin offen ist, wenn es in der ersten Position ist.

8. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7, wobei das Direktsteuerventilglied ein Kolbenventil glied ist.

9. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, wobei die Hochdruck-Strömungsmittelquelle der Betä tigungsströmungsmitteleinlaß ist.

10. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 9, wobei das Nadelventil einen Nadelteil aufweist, und zwar mit einer hydraulischen Öffnungsoberfläche, die einem Druck in der Düsenkammer ausgesetzt ist, und mit einem Endteil mit einer hydraulischen Verschluß oberfläche, die dem Druck in der Nadelsteuerkammer ausgesetzt ist.

11. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, die weiter das Betätigungsströmungsmittelsteuerven til aufweist, welches einen Drei-Positionen-Elektro magneten besitzt, der an einem Betätigungs ventilglied angebracht ist.

12. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 11, wobei der Einspritzvorrichtungskörper einen Be tätigungsströmungsmittelsteuerdurchlaß aufweist, der Betätigungsströmungsmitteldruck mit dem Nadelventil verbindet;
wobei der Betätigungsströmungsmittelsteuerdurchlaß und der Betätigungsströmungsmittelhohlraum zu dem Betätigungsströmungsmitteleinlaß hin geschlossen sind, wenn das Betätigungsventilglied in der ersten Position ist;
wobei der Betätigungsströmungsmittelsteuerdurchlaß und der Betätigungsströmungsmittelhohlraum zu dem Betätigungsströmungsmitteleinlaß hin offen ist, wenn das Betätigungsventilglied in der zweiten Position ist; und
wobei der Betätigungsströmungsmittelsteuerdurchlaß zu dem Betätigungsströmungsmitteleinlaß hin ge schlossen ist, und wobei der Betätigungsströmungs mittelhohlraum zum Betätigungsströmungsmitteleinlaß hin offen ist, wenn das Betätigungsventilglied in einer dritten Position ist.

13. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 12, wobei das Betätigungsventilglied ein Kolbenven tilglied ist.

14. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 13, die weiter ein Hülsenventilglied aufweist, und zwar mit einem hohlen Innenraum und zumindest einer radialen Flußöffnung, und wobei es zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position beweglich ist; und
wobei der hohle Innenraum zu dem Betätigungnsströ mungsmitteleinlaß hin offen ist.

15. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 14, wobei sich der hohle Innenraum zu einem Betäti gungsströmungsmittelablaufdurchlaß in dem Einspritz vorrichtungskörper hin öffnet;
wobei ein Kugelventil in dem Betätigungsventilglied beweglich ist zwischen einer ersten Position, in der der Betätigungsströmungsmittelablaufdurchlaß ge schlossen ist, und einer zweiten Position, in der der Betätigungsströmungsmittelablaufdurchlaß offen ist.

16. Verfahren zur Brennstoffeinspritzung, welches fol gende Schritte aufweist:
Vorsehen einer hydraulisch betätigten Brennstoffein spritzvorrichtung mit einem Düsenauslaß, der sich zu einer Düsenkammer hin öffnet, in der sich ein Na delventil hin- und herbewegt, und wobei das Nadel ventil eine hydraulische Verschlußoberfläche be sitzt, die dem Druck in einer Nadelsteuerkammer aus gesetzt ist, und wobei die Einspritzvorrichtung auch zumindest ein Steuerventil besitzt, welches abwech selnd die Nadelsteuerkammer zu einer Hochdruck-Strö mungsmittelquelle oder einem Niederdruck-Durchlaß hin öffnet, und wobei das zumindest eine Steuerven til ein Betätigungsströmungsmittelsteuerventil auf weist, welches abwechselnd einen Betätigungs strömungsmittelhohlraum zu einem Betätigungsströ mungsmitteleinlaß oder einem Betätigungsströmungs mittelablauf hin öffnet;
das hydraulische Unterdrucksetzen von Brennstoff in der Düsenkammer auf einen Einspritzdruck, zuminde stens teilweise durch Bewegen des Betätigungsströ mungsmittelsteuerventils, um den Betätigungsströ mungsmittelhohlraum zum Betätigungsströmungsmittel einlaß hin zu öffnen;
Bewegen des Nadelventils in eine geöffnete Position, um den Düsenauslaß zur Düsenkammer hin zu öffnen, und zwar zumindest teilweise durch Öffnen der Nadel steuerkammer zu dem Niederdruck-Durchlaß hin, und zwar mit dem zumindest einen Steuerventil; und
Bewegen des Nadelventils in eine geschlossene Posi tion, um dem Düsenauslaß zur Düsenkammer hin zu schließen, und zwar zumindest teilweise durch Öffnen der Nadelsteuerkammer zur Hochdruck-Strömungs mittelquelle mit dem zumindest einen Steuerventil.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt zur Bewegung des Nadelventils in die offene Position folgende Schritte aufweist:
Versehen des Nadelventils mit einer hydraulischen Öffnungsfläche, die dem Druck in der Düsenkammer ausgesetzt ist;
Vorspannen des Nadelventils mit einer Feder zur ge schlossenen Position hin; und
wobei der Schritt des hydraulischen Unterdruckset zens den Brennstoffdruck in der Düsenkammer über ei nen Ventilöffnungsdruck anhebt, der ausreicht, um die Feder zu überwinden.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, welches weiter den Schritt aufweist, die Nadelsteuerkammer zu der Hochdruck-Strömungsmittelquelle hin zu öffnen, und zwar mit dem zumindest einen Steuerventil nach dem Einleiten des Schrittes des hydraulischen Unter drucksetzens, jedoch bevor der Brennstoff bzw. Brennstoffdruck in der Düsenkammer über den Venti löffnungsdruck ansteigt.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 18, wobei der Einspritz vorrichtungskörper eine Stößelbohrung und eine Kol benbohrung besitzt;
wobei das Betätigungsströmungsmittelsteuerventil, welches in dem Einspritzvorrichtungskörper montiert ist, eine erste Position besitzt, in der der Betäti gungsströmungsmittelhohlraum zum Betätigungsströ mungsmitteleinlaß hin offen ist, und eine zweite Po sition, in der der Betätigungsströmungsmittelhohl raum zum Betätigungsströmungsmittelablauf hin offen ist;
wobei weiter ein Verstärkungskolben angeordnet ist, um in der Kolbenbohrung zwischen einer Vorder- bzw. Vorwärtsposition und einer Rückkehr- bzw. Hinterpo sition hin- und herbewegt zu werden;
wobei ein Stößel angeordnet ist, um sich in der Stö ßelbohrung zwischen einer eingefahrenen Position und einer ausgefahrenen Position hin- und herzubewegen; und
wobei der Schritt des hydraulischen Unterdruckset zens einen Schritt aufweist zur Bewegung des Betä tigungsströmungsmittelsteuerventils in die erste Po sition.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 19, wobei ein Teil der Stößelbohrung und der Stößel eine Brennstoffdruck kammer definieren; und
wobei die Hochdruck-Strömungsmittelquelle die Brenn stoffdruckkammer ist.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 20, wobei das Betäti gungsströmungsmittel Schmieröl ist.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 18, wobei das zumindest eine Steuerventil ein Direktsteuerventilglied auf weist, welches angeordnet bzw. montiert ist, um sich in dem Einspritzvorrichtungskörper hin- und herzube wegen, und zwar zwischen einer Aus-Position, in der die Nadelsteuerkammer zur Hochdruck-Strömungsmittel quelle hin offen ist, und einer An-Position, in der die Nadelsteuerkammer zu dem Niederdruck-Durchlaß hin offen ist;
wobei der Schritt des Bewegens des Nadelventils in die offene Position einen Schritt der Bewegung des Direktsteuerventilgliedes in die An-Position auf weist; und
wobei der Schritt des Bewegens des Nadelventils in die geschlossene Position einen Schritt der Bewegung des Direktsteuerventilgliedes in die Aus-Position aufweist.

23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 22, wobei das Direktsteu erventilglied eine hydraulische Druckoberfläche auf weist, die sich zu einem Betätigungsströmungsmittel steuerdurchlaß in dem Einspritzvorrichtungskörper hin öffnet, und angeordnet ist, um eine Hydraulik kraft auf dem Direktsteuerventilglied zur An-Posi tion hin zu erzeugen;
wobei der Schritt der Bewegung des Nadelventils zur offenen Position hin einen Schritt der Bewegung des Betätigungsströmungsmittelsteuerdurchlasses zum Be tätigungsströmungsmitteleinlaß hin aufweist; und
wobei der Schritt der Bewegung des Nadelventils in die geschlossene Position einen Schritt des Öffnens des Betätigungsströmungsmittelsteuerdurchlasses zum Betätigungsströmungsmittelabfluß hin aufweist.

24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 18, wobei der Schritt der Bewegung des Nadelventils in die offene Position und der Schritt der Bewegung des Nadelventils in die ge schlossene Position während des Schrittes des hy draulischen Unterdrucksetzens des Brennstoffs auf treten.

25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 18, wobei das zumindest eine Steuerventil ein Drei-Positionen-Betätigungs strömungsmittelsteuerventil aufweist;
wobei das Bewegen des Betätigungsströmungsmittel steuerventils in eine zweite Position vor dem Schritt des hydraulischen Unterdrucksetzens auf tritt;
wobei der Schritt des hydraulischen Unterdruckset zens eingeleitet wird durch einen Schritt der Bewe gung des Betätigungsströmungsmittelsteuerventils in eine erste Position;
wobei der Schritt der Bewegung des Nadelventils in eine geöffnete Position eingeleitet wird durch einen Schritt der Bewegung des Betätigungsströmungsmittel steuerventils in eine dritte Position; und
wobei der Schritt des Bewegens des Nadelventils in eine geschlossene Position zumindest teilweise durch Bewegen des Betätigungsströmungsmittelsteuerventils zurück in die erste Position durchgeführt wird.

26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 19, wobei die Hochdruck-Strömungs mittelquelle eine Brennstoffdruckkammer ist.

27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 18, wobei die Hochdruck-Strömungs mittelquelle der Betätigungsströmungs mitteleinlaß ist.