DE69114864T2

DE69114864T2 - Betätigungs- und ventilanordnung für eine hydraulisch betätigte elektronisch gesteuerte einspritzeinheit.

Info

Publication number: DE69114864T2
Application number: DE69114864T
Authority: DE
Inventors: Edward Meints; Alan Stockner
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1991-10-11
Filing date: 1991-12-23
Publication date: 1996-06-13
Anticipated expiration: 2011-12-24
Also published as: JPH07502091A; WO1993007379A1; AU1247892A; EP0607144A1; DE69114864D1; CA2116530A1; MX9205784A; JP3037752B2; RU2101547C1; BR9107326A; EP0607144B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Brennstoffinjektionssysteme und insbesondere auf hydraukisch betätigte, elektronisch gesteuerte Brennstoffinjektionssysteme.
Beispiele von hydraulisch betätigten, elektronisch gesteuerten Einheitsinjektoren sind in US-A-3689205, US- A-3796205 und US-A-3835829 gezeigt. In jedem dieser Patente ist ein Elektromagnetsteuerventil gezeigt, das eine freischwebende Kugel aufweist. Diese Kugel dient als ein Ventil, das zwischen ersten und zweiten Ventilsitzen bewegbar ist. Diese Patente zeigen nicht, wie diese Kugel praktisch innerhalb des Einheitsinjektors eingebaut wird, noch sprechen sie das Problem des Beibehaltens einer adequaten, konformen Dichtung zwischen der freischwebenden Oberfläche der Kugel und jedem der Ventilsitze an.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu überwinden.
US-A-4219154 zeigt eine Betätiger und Ventilanordnung für einen hydraulisch betätigten, elektronisch gesteuerten Einheitsinjektor, der folgendes aufweist:
eine elektrisch erregbare Elektromagnetanordnung mit einem bewegbaren Anker;
einen Schließkörper- bzw. Sitzelementadapter, der eine Bohrung und einen Auslaßdurchlaß definiert, wobei der Auslaßdurchlaß mit der Sitzelementadapterbohrung in Verbindung steht;
ein Schließkörper bzw Sitzelementglied, das in der Sitzelementadapterbohrung positioniert ist, wobei das Sitzelementglied eine Bohrung, einen ringförmigen Sitz und einen sich seitlich erstreckenden Durchlaß definiert, der mit der Sitzelemerthülsenbohrung in Verbindung steht;
einen Körper mit einer Bohrung, einem Betätigungsströmungsmitteleinlaßdurchlaß, der mit der Körperbohrung in Verbindung steht und mit einem ringförmigen Ventilsitz, der in der Körperbohrung definiert ist; die einen ersten Verbindungspfad, der zwischen einer Kolbenpumpkammer, einer oberen ringförmigen Umfangsnut, dem sich seitlich erstreckenden Durchlaß und dem Auslaßdurchlaß verbindet und einen zweiten Verbindungspfad definieren, der zwischen dem Betätigungsströmungsmitteleinlaßdurchlaß und der Kolbenpumpkammer verbindet; und ein langgestrecktes Sitzventil, das mit dem Anker verbunden ist und einen ersten Endteil, einen Zwischenteil und einen zweiten Endteil besitzt; dadurch gekennzeichnet, daß der erste Endteil in der Sitzelementhülsenbohrung positioniert ist und zwar gemäß bzw. mit einem ersten vorbestimmten Diametralfreiraum (C3a), daß der zweite Endteil in der Körperbohrung positioniert ist und zwar gemäß bzw. mit einem zweiten vorbestimmten Diametralfreiraum (C3b), der kleiner ist als der erste vorbestimmte diametrale Freiraum (C3a), daß der Zwischenteil einen oberen Sitz definiert, daß der zweite Endteil einen unteren Sitz definiert; daß das Sitzventil zwischen ersten, zweiten und dritten Positionen bewegbar ist, in denen es beide der ersten und zweiten Verbindungspfade öffnen kann oder einen derselben blockieren kann, wobei der untere Ventilsitz des Sitzventils gegen den ririgförmigen Ventilsitz des Körpers sitzt, um eine Strömungsmittelverbindung mit dem Betätigungströmungsmitteleinlaßdurcülaß des zweiten Verbindungspfades zu blockieren und wobei der obere Sitz des Sitzventils von dem ringförmigen Sitz der Sitzelementhülse entfernt bzw. abgehoben wird, um eine Strömungsmittelverbindung mit dem Sitzelementadapterauslaßdurchiaß des ersten Verbindungspfades zu öffnen, wenn das Sitzventil in seiner ersten Position ist; daß der untere Sitz des Sitzventils von dem ringförmigen Ventilsitz des Körpers entfernt bzw. abgehoben wird, um eine Strömungsmittelverbindung mit dem Betätigungströmungsmitteleinlaßdurchlaß des zweiten Verbindungspfades zu öffnen und der obere Sitz des Sitzventils von dem ringförmigen Sitz der Sitzelementhülse entfernt wird, um eine Strömungsmittelverbindung mit dem Sitzelementadapterauslaßdurchlaß des ersten Verbindungspfades zu öffnen, wenn das Sitzventil in seiner zweiten Position ist; daß der untere Sitz des Sitzventils von dem ringförmigen Ventilsitz des Körpers entfernt wird, um eine Strömungsmittelverbindung mit dem Betätigungströmungsmitteleinlaßdurchlab des zweiten Verbindungspfades zu öffnen und der obere Sitz des Sitzventils gegen den ringförmigen Sitz der Sitzelementhülse sitzt, um eine Strömungsmittelverbindung mit dem Sitzelementadapterauslaßdurchlaß des ersten Verbindungspfades zu blockieren, wenn das Sitzventil in seiner dritten Position ist; und daß Mittel vorgesehen sind zum Vorspannen des Sitzventils zu seiner ersten Position, wobei der Anker das Sitzventil zu seiner dritten Position bewegt, wenn die Elektromagnetanordnung elektrisch erregt wird.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine im allgemeinen schematische Ansicht eines hydraulisch betätigten, elektronisch gesteuerten Einheitsinjektorbrennstoffsystems der vorliegenden Erfindung, das sowohl einen Betätigungsströmungsmittelkreis als auch einen Brennstoffinjektionskreis für einen Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Einheitsinjektoren aufweist;
Fig. 2 eine schematishe, teilweise Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Einheitsinjektors in Fig. 1 und zwar installiert in einem beispielhaften Verbrennungsmotor;
Fig. 3 eine schematisihe, isolierte, vergrößerte Querschnittsansicht des in Fig. 2 gezeigten Einheitsinjektors;
Fig. 4 eine schematische, vergrößerte, teilweise Ansicht eines oberen Teils des in Fig. 3 gezeigten Einheitsinjektors;
Fig. 5 eine schematische, vergrößerte, teilweise Ansicht eines unteren Teils des in Fig. 3 gezeigten Einheitsinjektors;
Fig. 6 eine schematische, auseinandergezogene, isometrische Ansicht einer ersten Gruppe bzw. eines ersten Anteils von Bauteilen, die in dem in Fig. 3 gezeigten Einheitsinjektor gezeigt sind;
Fig. 7 eine schematische, auseinandergezogene, isometrische Ansicht einer zweiten Gruppe bzw. eines zweiten Anteils von Bauteilen, die in dem in Fig. 3 gezeigten Einheitsinjektor gezeigt sind;
Fig. 8 eine schematische, auseinandergezogene, isometrische Ansicht einer dritten Gruppe bzw. eines dritten Anteils von Bauteilen, die in den. in Fig. 3 gezeigten Einheitsinjektor gezeigt sind;
Fig. 9 eine schematische auseinandergezogene, isometrische Ansicht einer vierten Gruppe bzw. eines vierten Anteils von Bauteilen die in dem in Fig. 3 gezeigten Einheitsinjektor gezeigt sind;
Fig. 10 eine schematische, auseinandergezogene, isometrische Ansicht einer fünften Gruppe bzw. eines fünften Anteils von Bauteilen, die in dem in Fig. 3 gezeigten Einheitsinjektor gezeigt sind;
Fig. 11 eine schematische, auseinandergezogene, isometrische Ansicht einer sechsten Gruppe bzw. eines sechsten Anteils von Bauteilen, die in dem in Fig. 3 gezeigten Einheitsinjektor gezeigt sind;
Fig. 12 eine detaillierte, schematische Ansicht der hydraulischen Betätigungströmungsmittel und Dämpfungsströmungsmittelversorgungsmittel, die im allgemeinen in Fig. 1 gezeigt sind; und
Fig. 13 eine detaillierte, schematische Ansicht der Brennstoffliefer- oder Versorgungsmittel, die im allgemeinen in Fig. 1 gezeigt sind.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 - 13, in denen die selben Bezugszeichen die selben Elemente oder Merkmale über alle Figuren 1 - 13 hinweg bezeichnen, wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines hydraulisch betätigten elektronisch gesteuerten Einheitsinjektorbrennstoffsystems 10, das nachfolgend als ein HEUI-Brennstoffinjektionssystem bezeichnet wird, beschrieben. Das beispielhafte HEUI-Brennstoffinjektionssystem 10 ist in den Figuren 1, 2, 12 und 13 gezeigt und zwar geeignet für einen Dieselzyklus, Direkt-Einspritz-Verbrennungsmotor 12. Während in den Figuren 1, 12 und 13 ein 8-Zylinder-V-Motor dargestellt ist und hier beschrieben wird, sei bemerkt, daß die Erfindung auch auf andere Arten von Motoren anwendbar ist, wie z.B. Reihenzylindermotoren und Rotationsmotoren und daß der Motor weniger oder mehr als 8 Zylinder oder Verbrennungskammern aufweisen kann. Der beispielhafte Motor 12, der nur teilweise in Fig. 2 gezeigt ist, besitzt ein Paar von Zylinderköpfen 14. Jeder Zylinderkopf 14 besitzt eine oder mehrere (z.B. 4) Einheitsinjektorbohrungen 16.
Gemäß den Fig. 1 und 2 umfaßt das HEUJ-Brennstoffinjektionssystem 10 einen oder mehrere hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte Einheitsinjektoren 18, die in der Lage sind in einer jeweiligen Einheitsiniektorbohrung 16 positioniert zu werden, Mittel oder eine Vorrichtung 20 zum Liefern eines hydraulischen Betätigungsströmungsmittels und eines Dämpfungsströmungsmittels an jeden Einheitsinjektor 18, Mittel oder eine Vorrichtung 22 zum Liefern von Brennstoff an jeden Einheitsinjektor 18 und Mittel oder eine Vorrichtung 24 zum elektronischen Steuern des HEUI-Brennstoffsystems 10.
Gemäß Fig. 3 besitzt jeder Einheitsinjektor 18 eine Längsachse 26 und umfaßt eine Betätiger- und Ventilanordnung 28, eine Körperanordnung 30, eine Rohr- oder Laufanordnung 32 und eine Düsen- und Spitzenanordnung 34. Die Längsachse 26 definiert einen ausgewählten Winkel A bezüglich der Achse der Motorverbrennungskammer. Die Betätiger- und Ventilanordnung 28 ist vorgesehen als Mittel oder Vorrichtung zum selektiven Verbinden von entweder einen relativen hohen Druck aufweisendem Betätigungströmungsmittel oder einen relativ niedrigen Druck aufweisendem Dämpfungsströmungsmittel mit jedem Einheitsinjektor 18 und zwar ansprechend auf den Empfang eines elektronischen Steuersignals S&sub1;&sub0; wie in Fig 1 gezeigt ist. Gemäß den Figuren 3, 4, 6 und 8 umfaßt die Betätiger- und ventilanordnung 28 einen Betätiger 36, vorzugsweise in der Form einer Elektromagnetanordnung und ein Ventil 38, vorzugsweise in der Form eines Sitzventils. Die Elektromagnetanordnung 36 umfaßt eine feste Statoranordnung 40 und einen bewegbaren Anker 42. Wie in den Figuren 3 und 6 gezeigt ist, umfaßt die Statoranordnung 40 einen oder mehrere erste Befestiger 44, einen Stator 46, und einen elektrischen Verbindei 48 Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann der Stator 46 z.B. einen Stapel bzw. eine Anordnung von individuellen E-Rahmen und einen elektrischen Draht aufweisen, der in einer herkömmlichen Art und Weise um die F-Rahmen gewickelt ist. Wie in den Figuren 4 und 6 gezeigt ist, besitzt der Anker 42 ein Paar von entgegengesetzt weisenden planaren ersten und zweiten Oberflächen 52, 54 und Mittel oder eine Vorrichtung 56 zum Verbinden, Sammeln und Ablassen von Dämpfungsströmungsmittel bezüglich zu ausdehnbaren bzw. ausfahrbaren und zusammenziehbaren bzw zusammenfahrbaren Hohlräumen der Elektromagnetanordnung 36. Wie ihn Fig. 4 gezeigt ist, ist die erste Oberfläche 52 des Ankers 42 von dem Stator 46 beabstandet, so daß der Anker 42 und der Stator 46 kollektiv einen oberen Ankerhohlraum 57 oder Spalt dazwischen definieren.
Vorzugsweise umfassen die Verbindungs-, Sammel- und Ablaßmittel 56 einen oder mehrere Durchlässe 58, die sich längs zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 52, 54 erstrecken. Zum Beispiel sind wie in den Figuren 4 und 6 gezeigt ist, die Durchlässe 58 in der Form eines Paars von Kreislöchern vorgesehen. Darüber hinaus umfassen die Verbindungs-, Sammel- und Ablaßmittel 56 eine oder mehrere langgestreckte Sammelnuten 60, die in der ersten Oberfläche 52 des Ankers 42 ausgebildet sind, die direkt zu dem Stator 46 weisen. Jede Sammelnut 60 erstreckt sich seitlich über die Breite der ersten Oberfläche 52 und schneidet einen jeweiligen Durchlaß 58 oder steht mit diesem in Verbindung. Zum Beispiel ist wie in den Figuren 4 und 6 gezeigt ist, ein Paar von zueinander parallelen Sammelnuten 60 vorgesehen zum Sammeln von Dämpfungsströmungsmittel, daß zu dem oberen Ankerhohlraum 57 geleitet wurde und sich dort gesammelt hat. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel können Durchlässe mit langgestrecktem oder elyptischem Querschnitt für die Durchlässe 58 mit kreisförmigem Querscknitt eingesetzt werden. Bei einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel können die Sammelnuten 60 in gleicher Weise in dem Teil des Stators 46 ausgebildet sein, der zu der ersten Oberfläche 52 des Ankers 42 weist und auch mit den Durchlässen 58 des Ankers 42 kommunizieren bzw. in Verbindung stehen. Mit anderen Worten können die Sammelnuten 60 in entweder einem oder beiden der folgenden, nämlich dem Stator 46 und dem Anker 42 ausgebildet sein. Die Größe und Position jedes Durchlasses 58 und der Sammelnut 60 wird mit Sorgfalt ausgewählt, um sicherzustellen, daß es ein ausreichend großes Volumen zum adeqaten Verbinden, Sammeln und Ablassen von Dämpfungströmungsmittel bezüglich der Flohlräume der Elektromagnetanordnung 36 einschließlich des oberen Ankerhohlraums 57 aufweist, aber auch ausreichend klein ist, um die Menge an Strömungspfaden in dem Stator 46 und dem Anker 42 zu maximieren, d]e notwendig sind für eine adequate, magnetische Leistung der Elektromagnetanordnung 36.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist ein eng kontrollierter, axialer Freiraum oder Spalt C&sub1; z.B. (ungefähr 0,377 Millimeter oder 0,0148 Zoll) zwischen dem Anker 42 und dem Stator 46 definiert, wenn der Anker 42 in seiner elektrisch enderregten Position ist. Der Freiraum C&sub1; definiert einen Teil des oberen Ankerhohlraums 57 und hilft dabei, die Dämpfungsgröße zu bestimmen, die auf den bewegbaren Anker 42 durch das Dämpfungsströmungsmittel ausgeübt wird, das periodisch von dem Freiraum C&sub1; versetzt bzw. verdrängt wird. Der Freiraum C&sub1; hilft auch, die Magnetkraftgröße zu bestimmen, die durch den Stator 46 an den Anker 42 angelegt wird, wenn die Elektromagnetanordnung 36 elektrisch erregt wird.
Wie in Fig. 3 sowie den Figuren 2, 4, 6 und 7 gezeigt ist, umfaßt die Körperanordnung 30 einen oder mehrere zweite Befestiger 62, ein ringförmiges Ankerabstandselement 64, einen oder mehrere dritte Befestiger 66, eine Adapter-O-Ringdichtung 68, einen Sitzelementadapter 70, eine ringförmige Einheitsinjektorklemme 72, eine Sitzelementunterlegscheibe bzw. ein Abstandselement 74, eine Sitzelementhülse oder Glied 76, eine Sitzelementfeder 78, einen Kolben- und Ventilkörper 80, eine extern oder außen angeordnete erste Körper O-Ring-Dichtung 82, eine extern oder außen angeordnete zweite Körper-O-Ring-Dichtung 84 und eine intern bzw. innen angeordnete dritte Körper-O- Ring-Dichtung 86 und einen Verstärkungskoiben 88.
Die ersten Befestiger 44 verbinden schraubgewindemäßig die Statoranordnung 40 und das Ankerabstandselement 64 mit dem Sitzadapter 70. Die zweiten Befestiger 62 verbinden schraubgewindemäßig den Anker 42 mit dem Sitzventil 38, so daß der Anker 42 und das Sitzventil 38 zusammen als eine Eintieit versetzt werden. Die dritten Befestiger 66 verbinden schraubgewindemäßig den Sitzadapter 70 mit dem Körper 80.
Das Ankerabstandselement 64 besitzt eine Dicke, die entlang der Längsachse 26 gemessen wird, die größer ist als die Dicke des Ankers 42 und zwar um eine ausgewählte Größe.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist die zweite Oberfläche 54 des Ankers 42 von dem Sitzadapter 70 beabstandet, so daß der Anker 42 und der Sitzadapter 70 Stator 46 kollektiv einen unteren Ankerhohlraum 89 oder Spalt dazwischen definieren Die Größe und Position jedes Durchlasses 58 und der Sammelnut 60 wird sorgfältig ausgewählt, um sicherzustellen, daß es ein ausreichend großes Volumen besitzt zum adequaten Verbinden, Sammeln und Ablassen von Dämpfungsströmungsmittel bezüglich der Hohlräume der Elektromagnetanordnung 36 einschließlich dem unteren Ankerhohlraum 89, aber klein genug ist, um die Anzahl an Flußpfaden in dem Stator 46 und dem Anker 42 zu maximieren, die notwendig sind für eine adequate, magnetische Leistung der Elektromagnetanordnung 36. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, besitzt das Ankerabstandselement 64 ein Paar von entgegengesetzt weisenden, planaren ersten und zweiten Oberflächen 90 92, eine Innenumfangsoberfläche 94 und eine Außenumfangsoberfläche 96 Wie in Fig. 4 gezeigt ist, weist die erste Oberfläche 90 des Ankerabstandselements 64 zu der Statoranordnung 40 und kontaktiert diese direkt. Die zweite Oberfläche 92 des Ankerabstandselements 64 weist zu dem Sitzadapter 70 und kontaktiert diesen direkt. Die zweite Oberfläche 92 des Ankerabstandselements 64 ist mit einem oder mehreren Auslaßdurchlässen oder Schlitzen 98 versehen, die darinnen ausgebildet sind, und die sich von der Innenumfangsoberfläche 94 zu der Außenumfangsoberfläche 96 erstrecken. Alternativ könnte die erste Oberfläche 90 des Ankerabstandselerrents 64 mit den Auslaßdurchlässen oder Schlitzen 98 versehen sein. Während des Motorbetriebs lassen die Auslaßdurchlässe 98 des Ankerabstandselements 64 in Zusammenarbeit mit den Verbindungs- Sammel- und Ablaßmitteln 56 Dämpfungsströmungsmittel ab, das zu den oberen und unteren Ankerhohlräumen 57, 89 geleitet wurde.
Die Auslaßdurchlässe 98 des Ankerabstandselements 64 sind vorzugsweise so bemessen, daß sie eine ausgewählte Einschränkung oder Drosselung der Dämpfungströmungsmittelströmung während des Motorbetriebs vorsehen, um die Bewegungsdämpfung des Ankers 42 und des Sitzventils 38 zu erleichtern. Die Auslaßdurchlässe 98 des Ankerabstandselements 64 in Zusammenarbeit mit den Verbindungs- Sammel- und Auslaßmitteln 56 lassen auch Dämpfungsströmungsmittel aus den oberen und unteren Ankerhohlräumen 57, 89 aus, nachdem der Motor abgeschaltet ist. Wenn das Betätigungsströmungsmittel und das Dämpfungsströmungsmittel als Motorschmieröl ausgewählt sind, sind die Auslaßdurchlässe 98 des Ankerabstandselements 64 vorzugsweise in der Lage, mit dem Raum zu kommunizieren, der durch eine Zylinderkopfabdeckung 99 eingeschlossen ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Das Strömungsmittel in diesem Raum steht in Verbindung bzw. kommuniziert mit einem Betätigungströmungsmittelsumpf und es wird ihm erlaubt, zu dem Sumpf zurückzulaufen.
Wie in den Figuren 4 und 7 gezeigt ist, besitzt der Sitzadapter 70 eine sich längs erstreckende, mittig angeordnete Hauptbohrung 100, die dorthindurch ausgebildet ist. Eine innen angeordnete ringförmige Umfangsnut 102 ist an einem Ende der Hauptbohrung 100 ausgebildet. Der Sitzelementadapter 70 besitzt auch eine Gegenbohrung 104, die an dem anderen Endteil der Hauptbohrung 100 ausgebildet ist, Ein ringförmiger Auslaßdurchlaß 106 ist zwischen der Sitzelementhülse 76 und der Gegenbohrung 104 des Sitzelementadapters 70 definiert. Der Sitzelementadapter 70 besitzt auch einen Auslaßdurchlaß 108, der darinnen definiert ist, der den ringförmigen Auslaßdurchlaß 106 schneidet und sich seitlich zu einer Außenumfangsoberfläche 110 des Sitzelementadapters 70 erstreckt. Wenn das Betätigungs- und Dämpfungsströmungsmittel als Motorschmieröl ausgewählt ist, dann ist der Auslaßdurchlaß 108 des Sitzelementadapters 70 vorzugsweise in der Lage, mit dem Raum zu kommunizieren, der durch die Zylinderkopfabdeckung 99, die in Fig. 2 ist, eingeschlossen ist.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, umfaßt der untere Ankerhohlraum 89 einen eng kontrollierten axialen Freiraum oder Spalt C&sub2; (z.B. ungefähr 0,120 Millimeter oder 0,00472 Zoll), der zwischen der zweiten Oberfläche 54 des Ankers 42 und dem Sitzelementadapter 70 definiert ist, wenn der Anker 42 in seiner elektrisch enderregten Position ist. Der Freiraum C&sub2; hilft dabei, den unteren Ankerhohlraum 89 zu definieren und hilßt auch dabei, die Dämpfungsgröße zu bestimmen, die an den bewegbaren Anker 42 angelegt wird durch das Dämpfungströmungsmittel, das aus dem Freiraum C&sub2; versetzt bzw. verdrängt wird. Die Größe des Freiraums C&sub2; ist ausgewhlt gemäß der Masse des Sitzventils 38 und des Typs (z.B. Viskostätscharakteristika) des verwendeten Dämpfungsströmungsmittel.
Die ringförmige Einheitsinjektorklemme 72 ist vorgesehen zum entfembaren Klemmen jedes Einheitsinjektors 18 an den jeweiligen Motorzylinderkopf 14. Vorzugsweise besitzt die Klemme 72 wie in Fig. 7 gezeigt ist, eine Innenumfangsoberfläche 112, ein Paar von diametral gegenüberliegenden pianaren ersten und zweiten Oberflächen 114, 116, die an der Innenumfangsoberfläche 112 in paralleler Beziehung aefiniert sind und ein Paar von diametral gegenüberliegenden halbzylindrischen Schlitzen 118, 120, die in der Innenumfangsoberfläche 112 ausgebildet sind Jeder Schlitz 118, 120 ist auf einer Achse angeordnet, die parallel zu und zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 114, 116 angeordnet ist. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist jeder Schlitz 118, 120 in der Lage, mit einem Befestiger 122, 124 in Eingriff zu kommen, der schraubgewindemäßig die Klemme 72 und den Einheitsinjektor 18 mit dem Zylinderkopf 14 des Motors 12 verbinden.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Sitzelementunterlegscheibe bzw. das Abstandselement 74 zwischen dem Sitzelementadapter 70 und der Sitzelementhülse 76 positioniert. Die Sitzelementunterlegscheibe 74 besitzt eine ausgewählte Dicke, die die Größe an Aufwärtshub oder Versetzung des Sitzventils 38 bestimmt.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist die Sitzelementhülse 76 gleitbar in der Hauptbohrung 100 des Sitzelementadapters 70 positioniert und zwar mit einer relativ losen Passung. Die Adapter-O-Ring-Dichtung 68 ist in dem ringförmigen Freiraum zwischen der Sitzelementhülse 76 und dem Sitzelementadpater 70 positioniert und sitzt in der ringförmigen Umfangsnut 102, die in der Hauptbohrung 100 des Sitzelementadapters 70 ausgebildet ist. Die Adapter-O-Ring-Dichtung 68 ist vorgesehen, um zu verhindern, daß der ringförmige Freiraum Betätigungs- oder Dämpfungsströmungsmittel direkt zwischen den unteren Ankerhohlraum 89 und dem ringförmigen Auslaßdurchlaß 106 kommuniziert bzw. leitet. Wie in den Fig. 4 und 7 gezeigt ist, ist die Sitzelementhülse 76 mit einer mittig angeordneten Hauptbohrung 126 und einer oder mehreren (vorzugsweise zwei) sich seitlich erstreckenden Durchlässen 128 versehen, die Betätigungsströmungsmiltel oder Dämpfungsströmungsmittel zwischen dem ringförmigen Auslaßdurchlaß 106 und der Hauptbohrung 126 kommunizieren bzw. leiten. Die Größe der Durchlässe 128 ist so ausgewählt, daß die Durchlässe 128 als Strömungsmittelströmungseinschränkung oder Drossel oder feste Strömungszumeßöffnungen dienen, um die Bewegung des Sitzventils 38 zu dämpfen. Die Sitzelementhülse 76 besitzt einen Endteil, der einen ringförmigen (vorzugsweise kegelstumpfförmigen) Sitz 129 definiert und zwar um einen Eingang zu der Hauptbohrung 126 herum, sowie eine ringförmige Schulter 130.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kontaktiert ein Ende der Sitzelementfeder 78 die Ringschulter 130 der Sitzelementhülse 76 und das andere Ende der Sitzelementfeder 78 kontaktiert das Sitzventil 38. Die Sitzelementfeder 78 ist vorzugsweise eine schraubenförmige Kompressionsfeder und ist vorgesehen als ein Mittel oder eine Vorrichtung zum Vorspannen des Sitzventils 38 und des Ankers 42 axial weg von dem Stator 46. Dte Sitzelementfeder 78 spannt auch die Sitzelementhülse 76 und die Sitzelementunterlegscheibe 74 gegen den festen Sitzelementadapter 70, so daß das Sitzventil 38 normalerweise von dem ringförmigen Sitz 129, der an der Sitzelementhülse 76 definiert ist, abgehoben wird bzw. nicht auf diesem sitzt.
Wie in Fig. 8 gezeigt ist, besitzt das Sitzventil 38 einen ersten Endteil 132, einen Zwischenteil 134 und einen zweiten Endteil 136. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kontaktiert der erste Endteil 132 die zweite Oberfläche 54 des Ankers 42. Der erste Endteil 132 besitzt vorzugsweise einen reduzierten Durchmesser relativ zu dem Zwischenteil 134 und arbeitet mit der Sitzelementhülse 76 zusammen zum Definieren eines oberen Sitzventilhohlraums 138. Der obere Sitzventilhohlraum 138 steht in direkter Strömungsmittelverbindung oder Kommunikation mit dem unteren Ankerhohlraum 89.
Der Zwischenteil 134 des Sitzventils 38 besitzt eine ringförmige Umfangsoberfläche 140 und einen oder mehrere (vorzugsweise zwei) Durchlässe 142. Die ringförmige Umfangsoberfläche 140 des Sitzventils 38 ist innerhalb der Hauptbohrung 126 der Sitzelementhülse 76 positioniert und zwar gemäß bzw. mit einem ausgewählten ringförmigen Freiraum C3a. Dieser ringförmige Freiraum sieht vorzugsweise eine Gleitpassung zwischen dem Sitzventil 38 und der Sitzelementhülse 76 vor und kann z.B. ein diametraler Freiraum von ungefähr 0,080 Millimeter oder 0,00315 Zoll sein. Die Außenumfangsoberfläche der Sitzelemtnhülse 76 ist in der Hauptbohrung 100 des Sitzelementadapters 70 positioniert und zwar mit einem ausgewählten diametralen Freiraum, der größer ist als der Freiraum C3a. Eine obere ringförmige Umfangsnut 144 und ein ringförmiger erster oder oberer Sitz 146 sind an der ringförmigen Umfangsoberfläche 140 des Sitzventils 38 definiert. Die Breite der oberen ringförmigen Umfangsnut 144 gemessen entlang der Längsachse 26, ist so bemessen, daß die obere ringförmige Umfangsnut 144 des Sitzventils 38 in kontinuierlicher Strömungsmittelverbindung mit den Durchlässen 128 der Sitzelementhülse 76 steht und zwar über die gesamte ausgewählte Versetzung des Sitzventils 38 hinweg. Die Form des oberen Sitzes 146 des Sitzventils 38 ist vorzugsweise halbkugelförmig, aber kann alternativ kegelstumpfförmig sein. Der obere Sitz 146 des Sitzventils ist in der Lage selektiv mit dem ringförmigen Sitz 129, der an der Sitzelementhülse 76 ausgebildet ist, in Eingriff zu kommen bzw. außer Eingriff zu kommen.
Der zweite Endteil 136 des Sitzventils 38 ist vorzugsweise hohl zum Definieren eines unteren Sitzventilhohlraums 148, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die Durchlässe 142 des Sitzventils 38 besitzten jeweils eine ausgewählte Strömungsmittelströmungseinschränkung bzw. Drossel darinnen und verbinden bzw. kommunizieren Dämpfungsströmungsmittel zwischen dem oberen Sitzventilhohlraum 138 und dem unteren Sitzventilhohlraum 148. Ein Teil des zweiten Endteils 136 des Sitzventils 38 wird eng innerhalb des Körpers 80 geführt, wie nachfolgend beschrieben wird. Der zweite Endteil 136 des Sitzventils 38 umfaßt einen ringtörmigen zweiten oder unteren Sitz 149, eine ringförmige Umfangsschulter 150, und eine untere ringförmige Umfangsnut 152. Die Form des unteren Sitzes 149 des Sitzventils ist vorzugsweise kegelstumpfförmig. Die ersten und zweiten Sitze 146, 149 besitzen jeweils eine effektive Fläche bzw. einen effektiven Bereich, der Hydraulikdruck ausgesetzt werden kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die effektive Fläche des ersten Sitzes 146 kleiner als die effektive Fläche des zweiten Sitzes 149. Bei dem Ausführungsbeispiel unterstützt die Nettohydraulikkraft, die an dem Sitzventil 38 wirkt, die elektrische Kraft des Betätigers 36 beim Bewegen des Ventils 38 von seiner ersten Position zu seiner dritten Position. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die effektive Fläche des ersten Sitzes 146 größer als die effektive Fläche des zweiten Sitzes 149. Bei diesem Ausführungsbeispiel unterstützt die Nettohydraulikkraft, die an dem Sitzventil 138 wirkt, die Feder 78 beim Bewegen des Ventils 38 von seiner dritten Positon zu seiner ersten Position.
Vorzugsweise ist die Sitzelementhülse 76 lose innerhalb des Sitzelementadapters 70 eingepaßt und zwar mit engen Positions- und Diametraltoleranzen und das Sitzventil 38 ist relativ fester in den Körper 80 eingepaßt und zwar mit ausgewählten, engen Positions- und Diametraltoleranzen. Diese Konfiguration hilft bei der Aufnahme einer möglichen Fehlausrichtung zwischen der Sitzelementhülse 76 und dem Sitzventii 38, wenn sich das Sitzventil 38 entlang der Längsachse 26 des Einheitsinjektors 18 bewegt. Die Ringschulter 150, die an dem Sitzventil 38 ausgebildet ist, kontaktiert das andere Ende der Sitzelementfeder 78. Der untere Sitz 149 dient als Mittel zum selektiven Öffnen oder Blockieren der Verbindung von Hochdruckbetätigungsströmungsmittel zu dem Verstärkungskolben 88. Der obere Sitz 146 dient als Mittel zum selektiven Öffnen oder Blockieren der Verbindung von Hochdruckbetätigungsströmungsmittel zu einem Niedrigdruckauslaß und die Verbindung von Hochdruckdämpfungsströmungsmittel zu den oberen und unteren Ankerhohlräumen 57,89 und den oberen und unteren Sitzventilhohlräumen 138, 148.
Das Sitzventil 38 ist zwischen ersten, zweiten und dritten Positionen bewegbar. Zum Beispiel ist die gesamte Axialversetzung des Sitzventils 38 in eine Richtung ungefähr 0,25 Millimeter oder 0,0098 Zoll. Die erste Position des Sitzventiis 38 wird als die Position definiert, bei der der untere Sitz 149 des Sitzventils normalerweise an dem Körper 80 sitzt infolge der Vorspannung der Sitzelementfeder 78. In der ersten Position des Sitzventils 38 ist der untere Sitz 146 des Sitzventils normalerweise von dem ringförmigen Sitz 129 der Sitzelementhülse 76 entfernt bzw. abgehoben und zwar mit einem ausgewählten Freiraum.
Wenn die Stator-Anordnung 40 elektrisch erregt wird, wird der Anker 42 magnetisch zu dem Stator 46 angezogen, so daß das Sitzventil 38 sich axial nach oben bewegt (gemäß der in Fig. 3 gezeigten Orientierung) und zwar zu der dritten Position. Die dritte Position des Sitzventils 38 ist als die Position definiert, bei der der obere Sitz 146 des Sitzventils 38 gegen den ringförmigen Sitz 129 der Sitzelementhülse 76 sitzt. In der dritten Position des Sitzventils 38 ist der untere Sitz 149 des Sitzventils 38 von dem Körper 80 entfernt oder abgehoben.
Zwischen den ersten und dritten Positionen nimmt das Sitzventil 38 die zweite oder Zwischenposition ein, bei der sowohl der untere Sitz 149 als auch der obere Sitz 146 des Sitzventils 38 von dem Körper 80 beziehungsweise der Sitzelementhülse 76 entfernt bzw. abgehoben sind. In der zweiten Position des Sitzventils 38 wird Betätigungströmungsmittel durch die obere ringf rmige Umfangsnut 144, die Durchlässe 128, den ringförmigen Auslaßdurchlaß 106 und den Auslaßdurchlaß 108 abgelassen. Darüber hinaus wird in der zweiten Position des Sitzventus 38 Dämpfungsströmungsmittel zu den unteren und oberen Ankerhohlräumen 89, 50 geleitet bzw. kommuniziert und zwar über den Freiraum C3a , wenn die Viskosität des Dämpfungsströmungsmittels niedrig genug ist.
Es wird bevorzugt, daß der Freiraum C3a stromabwärts angeordnet ist (d.h. bezüglich zu den Betätigungsströmungsmitteleinlaßdurchlässen 158) zu den Durchlässen 128 der Sitzelementhülse 76. Wenn das Sitzventil 38 sich somit von seiner dritten Position bewegt (d.h. auf seinem oberen Sitz 146 sitzend) und sich zu seiner ersten Position bewegt, wird ein Teil des Betätigungströmungsmittels in der ringförmigeren Kammer 163 als Dämpfungsströmungsmittel durch dem Freiraum C3a geleitet, während das Sitzventil seine zweite Position einnimmt und bevor das Sitzventil 38 seine erste Position einnimmt (d.h. auf seinem unteren Sitz 49 sitzt).
Die Elektromagnetanordnung 36 ist eines von vielen möglichen Ausführungsbeispielen eines elektronisch gesteuerten Betätigers zum selektiven Versetzen des Sitzventils 38 aus seiner ersten Position zu seiner zweiten Position, zu seiner dritten Position und umgekehrt. Alternativ können andere Typen von elektronisch gesteuerten Betätigern wie z.B. piezoelektrische Betätiger für die Elektromagnetanordnung 36 eingesetzt werden.
Ein Ventil in der Form des Sitzventils 38 sieht mindestens zwei Vorteile gegenüber einem Schieberventil in dieser Anwendung vor. Als erstes öffnet das Sitzventil 38 eine relativ größere Strömungsmittelströmungsfläche für eine kleine Axialversetzungsgröße, wenn es abgehoben wird. Infolgedessen braucht das Sitzventil 38 im allgemeinen weniger elektrische Energie als ein Schieberventil, um den Betätiger 36 adequat anzutreiben bzw. mit Leistung zu versorgen. Als zweites dichtet das Sitzventil 38 besser als ein Schieberventil, da das Sitzventil 38 eine positive Dichtung gegen jeden seiner Sitze vorsieht im Gegensatz zu einer Diametralfreiraumgröße wie dies ein Schieberventil bezüglich eines Ventilkörpers tut. Das Sitzventil 38 ist vorzugsweise des Einzelstufen- (d.h. einstückigen) Typs. Ein Einzelstufenventil ist vorteilhaft im Vergleich zu einem Zweistufen- oder pilotbetätigten Ventil bei dieser Anwendung, da es weniger kostet, mehr Flexibilität beim Einbauen bzw. Einpacken des Einheitsinjektors für bestimmte Anwendungen vorsieht und wegen seiner Betriebseinfachheit. Wie in den Fig. 3 bis 5 und 8 gezeigt ist, umfaßt der Körper 80 ein Paar von entgegengesetztweisenden ersten und zweiten Sackbohrungen 154, 156, einen oder mehrere Betätigungsströmungsmitteleinlaßdurchlässe 158, ein Betätigungsströmungsmittelzwischendurchlaß 160, der zwischen den ersten und zweiten Sackbohrungen 154, 156 verbindet, und eine externe oder äußere Umfangsoberfläche 162. Die Breite der unteren ringförmigen Umfangsnut 152 des Sitzventils 38 gemessen entlang der Längsachse 26 ist so bemessen, daß es in kontinuierlicher Strömungsmittelverbindung mit den Einlaßdurchlässen 158 des Körpers 80 steht und zwar über die gesamte ausgewählte Versetzung des Sitzventils 38 hinweg.
Die erste Sackbohrung 154 des Körpers 80 weist zum Anker 42 und ist in der Lage, sowohl den zweiten Endteil 136 als auch den Zwischenteil 134 des Sitzventils 38 aufzunehmen. Die erste Sackbohrung 154 des Körpers 80 und der zweite Endteil 136 des Sitzventils 38 arbeiten zusammen zum Definieren einer ringförmigen Kammer 136. Das Betätigungsströmungsmittel, das zu der ringförmigen Kammer 136 geleitet wird, besitzt einen relativ niedrigen Druck, wenn das Sitzventil 38 in seiner ersten oder zweiten Position ist. Das Betätigungströmungsmittel, das zu der ringförmigen Kammer 136 geleitet wird, besitzt einen relativ hohen Druck, wenn das Sitzventil 38 in seiner dritten Position ist. Die erste Sackbohrung 154 ist gestuft zum Definieren eines Teils 164 mit reduziertem Durchmesser und einem ringförmigen (vorzugsweise kegelstumpfförmigen) Sitz 166. Der Teil 164 mit reduziertem Durchmesser der ersten Sackbohrung 154 führt den zweiten Endteil 136 des Sitzventils 38 und zwar mit einem eng ge steuerten, ausgewählten Diametralfreiraum C3b, der kleiner ist als der [)iametralfreiraum C3a. Der ringförmige Sitz oder Ringsitz 166 des Körpers 80 ist in der Lage, selektiv mit dem unteren Sitz 149 des Sitzventils 38 in Eingriff zu kommen bzw. außer Eingriff zu kommen.
Die zweite Sackbohrung 156 des Körpers 80 ist in der Lage, die Trommel oder Rohranordnung 32 aufzunehmen, wie nachfolgend beschrieben wird. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, besitzt die zweite Sackbohrung 156 eine intern bzw. innen angeordnete ringförmige Umfangsnut 168, in der die dritte Körper-O-Ring-Dichtung positioniert ist. Die dritte Körper-O-Ring-Dichtung 86 ist vorgesehen als ein Mittel oder eine Vorrichtung zum positiven Abdichten oder Isolieren des in der Kolbenpumpenkammer 190 befindlichen Betägigungsströmungsmittels von dem Brenn- oder Treibstoff, das in der Kolbenkammer 192 vorhanden ist. Diese Anordnung hilft zu verhindern, daß Brennstoff die Schmier- und Viskositätscharakteristika des Betätigungsströmungsmittels und des Dämpfungsströmungsmittels verdünnt bzw. verändert. Alternativ kann die dritte Körper-O-Ring-Dichtung 86 weggelassen werden, wenn die ringförmige Umfangsnut 168 als ein Sammelraum für Leckage von Betätigungsströmungsmitteln dient, daß zu dem Betätigungströmungsmittelsumpf zurückgeführt wird über einen nicht gezeigten Auslaß bzw. Ablaßdurchlaß. Die zweite Sackbohrung 156 besitzt auch einen Sitz 170 darinnen ausgebildet.
Wie in den Fig. 4, 5 und 8 gezeigt ist, umfaßt die ußere Umfangsoberfläche 162 des Körpers 80 axial beabstandete erste, zweite und dritte ringförmige Umf angsnuten 172, 174, 176. Die äußere Umfangsoberfläche 162 umfaßt auch entgegengesetzt weisende, parallele, planare erste und zweite Oberflächen 178, 180 und ein Paar von sich quer erstreckenden Schultern 182, 184, die daran ausgebildet sind. Die zweite ringförmige Umfangsnut 174 ist axial zwischen den ersten und dritten ringförmigen Umfangsnuten 172, 176 positioniert und definiert einen ringförmigen Betätigungsströmungsmitteleinlaßdurchlaß bezüglich des Zylinderkopfes 14.
Die ersten und zweiten Körper-O-Ring-Dichtungen 82,84 sind jeweils in den jeweiligen ersten und dritten ringförmigen Umfangsnuten 172,176 positioniert. Die zweite Körper-O-Ring-Dichtung 84 ist vorgesehen als ein Mittel oder eine Vorrichtung zum positiven Abdichten oder Isolieren des Betätigungsströmungsmittels in der Umgebung der zweiten ringförmigen Umfangsnut 174 von dem Brennstoff in der Umgebung der Trommel- oder Rohranordnung.
Die planaren ersten und zweiten Oberflächen 114, 116, die an der Klemme 72 ausgebildet sind, sind in der Lage, mit den planaren ersten und zweiten Oberflächen 178, 180 in Eingriff zu kommen, die an dem Körper 80 ausgebildet sind, um den Einheitsinjektor 18 bezüglich des Motorzylinderkopfes 14 ordnungsgemäß zu orientieren. Die Klemme 72 kontaktiert auch die Schultern 182, 184 des Körpers 80, um eine Klemmbelastung daran anzulegen, wenn der Einheitsinjektor 18 in der Bohrung 16 des Zylinderkopfs 14 installiert ist, wie Ln Fig. 2 gezeigt ist.
Wie in den Figuren 3 und 5 gezeigt ist, ist der Verstärkungskolben 88 gleitbar in der zweiten Sackbohrung 156 des Körpers 80 positioniert. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist der Verstärkungskolben 88 im allgemeinen ein tassenbzw. schalenförmiger Zylinder mit einem Außenseitendurch messer D&sub1;, der einer effektiven Querschnittspumpfläche A&sub1; entspricht Der Verstärkungskolben 88 besitzt einen Kronenteil 186 und einen im allgemeinen hohlen zylindrischen Mantelteil 188. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, definieren der Kronenteil 186 des hin- und herbewegbaren Verstärkungskolben 88 und die zweite Sackbohrung 156 des Körpers 80 zusammen eine ausdehnbare bzw. ausfahrbare und zusammenziehbare bzw zusammenfahrbare Kolbenpumpkammer 190. Der Mantelteil 188 des hin- und herbewegbaren Verstärkungskolben 88, die Trommel- oder Rohranordnung 32 und die zweite Sackbohrung 156 des Körpers 80 definieren kollektiv eine zusammenzieh- bzw. fahrbare und ausdehnbare bzw. ausfahrbare Kolbenkammer 192. Der Verstärkungskolben 88 besitzt ferner erste und zweite Anschläge 194, 196 daran ausgebildet. Der erste Anschlag 194 ist vorzugsweise an einem freien Ende des Kronenteils 186 angeordnet und ist in der Lage, mit dem Sitz 170 des Körpers 80 in Eingriff zu kommen bzw. außer Eingriff zu kommen. Der zweite Anschlag 196 ist vorzugsweise an einem freien Ende des Mantelteils 188 angeordnet und ist in der Lage mit der Rohranordnung 32 in Eingriff zu kommen und außer Eingriff zu kommen.
Wie in den Figuren 3, 5, 9 und 10 gezeigt ist, umfaßt die Rohranordnung 32 eine Trommel bzw. ein Rohr 198, einen Ringhalter 200, einen Unterlegscheibenhalter 202, einen Kolben bzw. Plunger 204, eine Plungerfeder 206, ein Einwegeströmungsrückschlagventil 208, vorzugsweise in der Form eines Kugelrückschlagventils und einen ringförmigen Federhalter 210.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt die Trommel bzw. das Rohr 198 eine präzisionsgeformte, mittig angeordnete sich längs erstreckende Hauptbohrung 212 und einen Auslaßdurchlaß 214, der mit der zweiten Sackbohrung 156 des Körpers 80 in Verbindung steht. Der Auslaßdurchlaß 214 umfaßt einen Ausgangsendteil mit einem ringförmigen (vorzugsweise kegelstumpfförmigen) Sitz 216 daran ausgebildet. Die Trommel bzw. das Rohr 198 besitzt auch eine Außenumfangsoberfläche, in der eine ringförmige Umfangsnut 218 ausgebildet ist.
Ein Endteil der Trommel 198, der zu dem Verstärkungskolben 88 weist, dient als ein Sitz 219 für den zweiten Anschlag 196 des Verstärkungskolbens 88. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist ein ausgewählter axialer Freiraum C&sub4; zwischen dem Trommelsitz 219 und dem zweiten Anschlag 196 des Verstärkungskolbens 88 vorgesehen, um die maximale Versetzung oder den maximalen Hub des Verstärkungskolbens 88 zu bestimmen.
Das Rückschlagventil 208 ist in dem Auslaßdurchlaß 214 positioniert und ist normalerweise gegen den Sitz 216 vorgespannt, mit einer Vorbelastung bzw. Vorspannung, die durch den Federhalter 210 angelegt wird. Der Federhalter 210 ist vorzugsweise ein gespaltenes Ringglied mit einem Loch oder einer Vertiefung darinnen ausgebildet. Der Federhalter 210 ist in der ringförmigen Umfangsnut 218 der Trommel 198 positioniert, so daß er nicht nur das Rückschlagventil 208 sondern auch die Trommel 198 umkreist bzw. umgibt Das Rückschlagventil 208 sitzt in dem relativ kleineren Loch, um zu verhindern, daß sich der Federhalter 210 um die Trommel 198 dreht. Dies verhindert, daß das Rückschlagventil 208 schlußendlich zu dem Spaltteil des Federhalters 210 weist, wo das Rückschlagventil 208 einen Weg nach draußen finden könnte.
Alternativ kann der Federhalter 210 eliminiert werden durch Formen eines Auslaßdurchlasses, der aus der Trommel 198 mit einem ausgewählten spitzen Winkel (z.B. ungefähr 55 Grad) austritt. Bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel verläßt man sich auf Strömungsmitteldruck, um das Rückschlagventil 208 gegen den Ringsitz 216 der Trommel 198 zu drücken bzw. zu setzen.
Der Plunger 204 ist gleitbar in der Hauptbohrung 212 der Trommel 198 positioniert und zwar mit einer Passung mit engen Toleranzen. Der Unterlegscheibenhalter 202 ist vorzugsweise mit dem Plunger 204 verbunden und zwar mit einer Interferenzpassung. Darüber hinaus ist der Unterlegscheibenhalter 202 an dem Plunger 204 durch den Ringhalter 200 festgelegt bzw. befestigt, der in einer ringförmigen Umfangsnut 220 des Plungers 204 positioniert ist. Der Plunger 204 besitzt einen Außendurchmesser D&sub2;, der einer effektiven Querschnittspumpfläche A&sub2; entspricht. Der Durchmesser D&sub1; des Verstärkungskolbens 88 ist größer als der Durchmesser D&sub2; und zwar um eine ausgewählte Größe. Zum Beispiel ist das Verhältnis der Fläche A&sub1; zu der Fläche A&sub2; vorzugsweise ungefähr 7 zu 1. Dieses Verhältnis kann natürlich verändert werden, um die Injektionscharakteristika an die Anforderungen eines bestimmten Motors anzupassen. Die Motorfeder 206 ist im allgemeinen konzentrisch um den Plunger 204 positioniert und zwar zwischen der Trommel 198 und dem Unterlegscheibenhalter 202. Die Plungerfeder 206 ist vorzugsweise eine schraubenförmige Kompressionsfeder, die dem Plunger 204 und dem Verstärkungskolben 88 nach oben gegen den Sitz 170 des Körpers 80 vorspannt. Vorzugsweise ist der Körper 80 mit der Trommel 198 in korrekter winkelmäßiger Ausrichtung verbunden und zwar durch eine Vielzahl von gehärteten Stahlstiften oder Dübeln 222, die in jeweilige, sich längserstreckende Stift- bzw. Dübellöcher 224 passen, die in dem Körper 80 und der Trommel 198 definiert sind.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt die Düsen- und Spitzenanordnung 34 eine Kugelfeder 226, ein Kugelabstandselement 228, ein Einwegeströmungsrückschlagventil 230, vorzugsweise in der Form eines Kugelrückschlagventils, ein Anschlagglied 232 eine Vielzahl von gehärteten Stahlstiften bzw. Dübeln 234, einen Anschlagstift 236, eine Nadelrückschlagfeder 238, ein Hubabstandelement bzw. eine Scheibe 240, eine Hülse 242, einen Brennstoffilterschirm 244, einen ringförmigen Filterschirmhalter 246, ein Nadelrückschlagelement 248, eine Vielzahl von Stiften oder Dübeln 250, eine Nadelrückschlagpitze 252, ein Gehäuse 254 und erste und zweite Gehäuse-O-Ring-Dichtungen 256, 258.
Das Stopp- oder Anschlagglied 232 ist axial zwischen der Trommel 198 und der Hülse 242 positioniert. Das Anschlagglied 232, die Trommel 198 und der Plunger 204 definieren kollektiv eine Brennstoffpumpenkammer 260. Das Anschlagglied 232 umfaßt einen Brennstoffeinlaßdurchlaß 262 und einen oder mehrere separate Brennstoffauslaßdurchlässe 264. Sowohl der Einlaßdurchlaß 262 als auch der Auslaßdurchlaß bzw. die Auslaßdurchlässe 264 stehen mit der Brennstoffpumpenkammer 260 in Verbindung. Der Einlaßdurchlaß 262 besitzt einen innen angeordneten ringförmigen (vorzugsweise kegelstumpfförmigen) Sitz 266, der im allgemeinen zu der Trommel 198 weist. Das Rückschlagventu 230, das Kugelabstandselement 228 und die Kugelfeder 226 sind in dem Einlaßdurchlaß 262 positioniert, so daß das Kugelabstandselement 228 zwischen der Kugelfeder 226 und dem Rückschlagventil 230 positioniert ist, daß die Kugelfeder 226 zwischen der Trommel 198 und dem Kugelabstandselement 228 positioniert ist und daß das Rückschlagventil 230 zwischen dem Kugelabstandselement 228 und dem ringförmigen Sitz 266 des Anschlagguedes 232 positioniert ist. Das Kugelabstandselement 228 ordnet ein Ende der Kugelfeder 226 in einer Kraft ausübenden Beziehung zu dem Rückschlagventil 230 an und dient auch als ein positiver Anschlag für eine Versetzung des Rückschlagventils 230 nach oben zu der Trommel 198. Die Kugelfeder 226 ist vorzugsweise eine schraubenförmige Kompressionsfeder, die normalerweise das Rückschlagventil 230 gegen den Ringsitz 266 vorspannt. Alternativ können das Kugelabstandselement 228 und die Kugelfeder 226 aus dem Einlaßdurchlaß 262 des Anschlaggliedes 232 eliminiert werden.
Wie in den Figuren 3 und 5 gezeigt ist, ist die Hülse 242 axial zwischen dem Anschlagglied 232 und der Nadelrückschlagspitze 252 positioniert. Die Hülse 242 besitzt eine im allgemeinen mittig angeordnete und sich längs erstrekkende Bohrung 268, einen sich radial erstreckenden und gestuften Brennstoff einlaßdurchlaß 270, der mit der Bohrung 268 in Verbindung steht und einen oder mehrere Brennstoffauslaßdurchlässe 272, die mit einem jeweiligen Brennstoffauslaßdurchlaß 264 des Anschlaggliedes 232 in Verbindung stehen. Die Hülsenbohrung 268 besitzt entgegengesetzt weisende erste und zweite Gegenbohrungen 274, 276 und einen Führungsteil 278 mit reduziertem Durchmesser dazwischen. Die erste Gegenbohrung 274 steht mit dem Einlaßdurchlaß 262 des Anschlaggliedes 232 in Verbindung. Die zweite Gegenbohrung 276 sieht ein ausreichendes Brennstoffvolumen vor, um eine Kavitation bzw. Blasenbildung zu verhindern, wenn sich das Hubabstandselement bzw. die Hubscheibe 240 nach oben bewegt während eines Injektionshubs. Der gestufte Brennstoffeinlaßdurchlaß 270 definiert eine innen angeordnete ringförmige Schulter 279. Der Filterschirm 244 ist innerhalb des Brennstoffeinlaßdurchlasses 270 positioniert und zwar gegen die ringförmige Schulter 279 und ist daran durch den Filterschirmhalter 246 befestigt.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist das Hubabstandselement bzw. die Hubscheibe 240 axial zwischen dem Anschlagstift 236 und dem Nadelrückschlagelement 248 positioniert. Die Nadelrückschlagfeder 238 ist um den Anschlagstift 236 herum positioniert. Der Anschlagstift 236, die Nadelrückschlagfeder 238 und das Hubabstandselement bzw. die Hubscheibe 240 sind in der Hülsenbohrung 268 positioniert, so daß die Nadelrückschlagfeder 238 vorbelastet ist und sowohl das Anschlagglied 232 als auch das Hubabstandselement bzw. die Hubscheibe 240 kontaktiert. Die Nadelrückschlagfeder 238 ist auch durch den Führungsteil 278 der Hülsenbohrung 268 getragen. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, besitzt das Hubabstandselement bzw. die Hubscheibe 240 eine oder mehrere Abflachungen oder planare Oberflächen 280, die an ihre Außenumfangsoberfläche ausgebildet sind. Die Abflachungen bzw. flachen Teilen 280 sehen einen ausreichenden, radialen Freiraum zwischen dem Hubabstandselement bzw. der Hubscheibe 240 und der Hülsenbohrung 268 vor, um den gegenteiligen Pumpeffekt des bewegbaren Hubabstandselements bzw. der Hubscheibe 240 zu minimieren.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Nadeirückschlagspitze 252 zwischen der Hülse 242 und dem Gehäuse 254 positioniert. Wie in den Figuren 5 und 11 gezeigt ist, umfaßt die Nadelrückschlagspitze 252 eine im allgemeinen mittig angeordnete, sich längs erstreckende Sackbohrung 281 mit einem innen angeordneten ringförmigen (vorzugsweise kegelstumpfförmigen) Sitz 282 daran definiert, einen oder mehrere Auslaßdurchlässe 283, eine Kardioidkammer 284 und einen ringförmigen Auslaßdurchlaß 285. Das Nadelrückschlagelement 248 und die Nadelrückschlagspitze 252 sind vorzugsweise vom Ventil- Geschlossen-Zumeßöffnung-Typ. Ein Endteil der Nadelrückschlagspitze 252 definiert mindestens einen, aber vorzugsweise eine Vielzahl von Brennstoffinjektionssprüh- oder Spritzzumeßöffnungen 286. Die Nadelrückschlagfeder 238 spannt normalerweise das Hubabstandselement bzw. die Hubscheibe 240 und das Nadelrückschlagelement 248 nach unten, so daß das Nadelrückschlagelement 248 gegen den Ringsitz 282 der Nadelrückschlagspitze 252 sitzt. Vorzugsweise umfaßt die Nadelrückschlagspitze 252 ferner einen ringförmigen Sitzteil 288, einen Stabteil 290 mit reduziertem Durchmesser, und einen Führungsteil 292 mit dazwischenliegendem oder mittleren Durchmesser dazwischen. Die Stifte oder Dübel 250 und die entsprechenden Stift- oder Dübellöcher 296, die in sowohl der Nadelrückschlagspitze 252 als auch der Hülse 242 ausgebildet sind, verbinden die Nadelrückschlagspitze 252 mit der Hülse 242 und zwar in einer korrekten winkelmäßigen Beziehung.
Das Gehäuse 254 besitzt mehrfach gestufte, sich längs erstreckende erste, zweite und dritte Bohrungen 298,300,302, einen innen angeordneten ringförmigen Sitz 304, einen außen angeordneten ringförmigen Sitz 306, einen Brennstoffeinlaßdurchlaß in der Form eines oder mehrerer sich radial erstreckenden Brennstoffeinlaßlöcher 308, und erste und zweite Außenumfangsringnuten 310, 312.
Die dritte Bohrung 298 ist an einem Endteil des Gehäuses 254 angeordnet und zwar zwischen dem außen angeordneten ringförmigen Sitz 306 und dem innen angeordneten ringförmigen Sitz 304. Der ringförmige Sitzteil 288 der Nadelrückschlagspitze 252 sitzt gegen den inneren ringförmigen Sitz 304 des Gehäuses 254, um positiv Verbrennungsgas gegenüber dein Brennstoff abzudichten. Der externe oder äußere ringförmige Sitz 306 des Gehäuses 254 ist in der Lage gegen einen Sitz abzudichten, der in der Einheitsinjektorbohrung 16 des Zyiinderkopfs 14 ausgebildet ist, oder eine Hülse abzudichten, die zwischen dem Einheitsinjektor 18 und der Einheitsinjektorbohrung 16 des Zylinderkopfs 14 positioniert ist. Der Führungsteil 292 mit mittlerem Durchmesser der Nadelrückschlagspitze 252 ist vollständig innerhalb der dritten Bohrung 302 des Gehäuses 254 positioniert. Der langgestreckte Stabteil 290 mit reduziertem Durchmesser der Nadelrückschlagspitze 252 ragt nach außen durch das Gehäuse 254 vor, und zwar durch die dritte Bohrung 302. Die gestufte Konfiguration der Nadelrückschlagspitze 252 ist vorteilhaft, da sie ausreichend Material für die Festigkeit in der Umgebung der zusammenpassenden Sitze 288, 304 der Nadelrückschlagspitze 252 und des Gehäuses 254 vorsieht, die hohen Belastungen ausgesetzt sind, die bewirkt werden durch Hochdruckbrennstoff in der Kardioidkammer 284. Der Führungsteil 292 mit mittlerem Durchmesser der Nadelrückschlagspitze 252 sieht einen allmählichen Übergang innerhalb des Einschlusses des Gehäuses 254 zu dem Stabteil 290 mit reduziertem Durchmesser vor. Die Zylinderkopfbohrung durch die der Stabteil 290 mit reduziertem Durchmesser hindurchgeht, kann somit einen relativen kleinen und konstanten Durchmesser besitzen, was nicht bemerkbar die Festigkeit des Zylinderkopfes 14 verringert.
Die Brennstoffeinlaßlöcher 308 stehen mit einem ringförmigen Brennstoffeinlaßdurchlaß 314 in Verbindung, der definiert wird durch einen Freiraum zwischen einer Innen seitenwand des Gehäuses 254 und einer Außenumfangsoberfläche der Trommel 198, dem Anschlagglied 232 und der Hülse 242. Die Brennstoffeinlaßlöcher 308 des Gehäuses 254 dienen nicht nur als Mittel oder Vorrichtung zum Einlassen von Brennstoff in den Einheitsinjektor, sondern dienen auch als die einzigen Mittel bzw. die einzige Vorrichtung zum temporären in Eingriff kommen mit den Armen bzw. Schenkeln eines Schlüssels, der verwendet wird, um die inneren Schraubgewinde des Gehäuses 254 auf den externen Schraubgewinden des Körpers 80 festzuziehen.
Die ersten und zweiten Gehäuse-O-Ring-Dichtungen 256, 258 sind in den jeweiligen ersten und zweiten Außenumfangsringnuten 310, 312 des Gehäuses 254 positioniert. Die erste Gehäuse-O-Ring-Dichtung 256 ist vorgesehen, um einen Zwischenteil des Einheitsinjektors 18 herum um Betätigungsströmungsmittel gegenüber Brennstoff abzudichten. Die zweite Gehäuse-O-Ring-Dichtung 258 ist um einen unteren Endteil des Einheitsinjektors 18 vorgesehen, um Verbrennungsgas, das von der Motorverbrennungskammer herkommt, gegenüber Brennstoff in der Umgebung der Trommelanordnung 32 abzudichten.
Das tassen- bzw. schalenförmige Gehäuse 254 umgibt und hält die Nadelrückschlagspitze 252, das Nadelrückschlagelement 248, die Hülse 242, das Anschlagglied 232, die Trommel 198, den Plunger 204, die Plungerfeder 206 und den Verstärkungskolben 88 gegen den Körper 80. Vorzugsweise ist das Gehäuse 254 abnehmbar mit dem Körper 80 verbunden und zwar durch eine geschraubte Verbindung.
Unter Bezugnahme hauptsächlich Figur 12, aber auch auf die Figuren 1 und 2 weisen die hydraulischen Betätigungsströmungsmittel- und Dämpfungsströmungsmittelliefermittel 20 einen Hauptbetätigungsströmungsmittelkreis auf, der vorzugsweise folgendes aufweist: einen Betätigungsströmungsmittelsumpf 316 einen Aufnahmefilter 318 des Schirmtyps, ein Einwegeströmungsrückschlagventil 320, eine Betätigungsströmungsmitteltransferpumpe 322, einen Betätigungsströmungsmittelkühler 324, einen oder mehrere Betätigungsströmungsmittelfilter 326, Mittel oder eine Vorrichtung 328 zum Umlenken des Betätigungsströmungsmittels bezüglich der Strömungsmittelfilter 324, ein Auflade- oder Motorstartreservoir 330, eine Betätigungsströmungsmittelpumpe 332 mit relativ hohem Druck, erste und zweite Hochdruckbetätigungsströmungsmittelsammelleitungen 334, 336, Mittel oder Vorrichtung 338 zum Steuern des Erzeugens einer Helmholtz-Resonanz von Druckwellen zwischen den Sammelleitungen 334, 336 und zwischen der Pumpe 332 und jeder Sammelleitung 334, 336, und Mittel oder Vorrichtung 340 zum Steuern des Druckniveaus in den Sammelleitungen 334, 336
Vorzugsweise ist das für das Betätigungsströmungsmittel ausgewählte Strömungsmittel kein Brennstoff, sondern ein flüssiges Strömungsmittel mit einer relativ höheren Viskosität als Brennstoff unter den selben Bedingungen. Zum Beispiel könnte das Betätigungströmungsmittel Motorschmieröl sein. Bei diesem Beispiel ist der Betätigungströmungsmittelsumpf 316 der Motor Schmierölsumpf.
Das Rückschlagventil 320 ist als ein Antisyphonventil vorgesehen, um dabei zu helfen Betätigungströmungsmittel in dem Kreis zu halten. Nach dem Abschalten des Motors bleibt der Kreis mit ausreichend Betätigungsströmungsmittel aufgeladen bzw. aufgefüllt, um ein schnelles Starten des Motors 12 zu ermöglichen.
Die Transferpumpe 322 besitzt einen herkömmlichen Aufbau. Die Transferpumpe 322 kann zum Beispiel eine Zahnradpumpe sein, die einen relativ niedrigen Druck (z.B. ungefähr 413 kpa oder 60 psi) entwickelt.
Die Filter 326 sind vorzugsweise von der ersetzbaren Elementbauart.
Die Filter Bypass- oder Umlenkmittel 328 umfassen eine Bypass- oder Umlenkleitung 342, die stromaufwärts und stromabwärts bezüglich der Strömungsmittelfilter 326 verbunden ist. Die Filter-Bypassmittel 328 umfassen ferner ein Filterbypassventil 344, das in der Bypassleitung 342 positioniert ist und eine Rückführleitung 346, die zwischen der Bypassleitung 342 und dem Sumpf 316 verbunden ist. Die Filterbypassmittel 328 umfassen ferner einen Betätigungströmungsmitteldruckregulierer 348, der in der Rückführleitung 346 positioniert ist.
Während des Motorbetriebs fängt, wenn die Strömungsmittelfilter 326 mit Schmutz verstopft werden, der Druck stromabwärts bezüglich der Strömungsmittelfilter 326 an, abzufallen. Wenn dieser Druck unter ein ausgewähltes Niveau (z.B. 138 kpa oder 20 psi) fällt, wird das Filterbypassventil 344 aktiviert, was dem Betätigungsströmungsmittel erlaubt, die Strömungsmittelfilter 326 zu umgehen und weiter in Richtung des Start-Reservoirs 330 zu fließen bzw. zu strömen. Der Druckregulierer 348 ist vorgesehen als ein Mittel zum Verhindern, daß das Betätigungsströmungsmittel stromaufwärts bezüglich der Pumpe 332 einen ausgewählten Druck (Z.B. ungefähr 345 kpa oder 50 psi) übersteigt. Wenn der ausgewählte Druck überstiegen wird, wird das überschüssige Betätigungsströmungsmittel zu dem Sumpf 316 zurückgeführt bzw. zurückgeleitet.
Stromabwärts bezüglich der Strömungsmittelfilter 326 wird das Betätigungsströmungsmittel in erste und zweite Zweigdurchlässe 350, 352 aufgeteilt, wenn Motorschmieröl als das Betätigungströmungsmittel gewählt wurde. Das meiste des Schmieröls (z.B. ungefähr 57 Liter pro Minute oder 15 Gallonen pro Minute) strömt in den ersten Zweigdurchlaß 350, der das Motorschmiersystem versorgt (nicht gezeigt). Der Rest des Schmieröls (z.B. ungefähr 15 Liter pro Minute oder 4 Gallonen pro Minute), der sich auf ungefähr 25 - 33 % der Gesamtströmung bemißt, strömt in den zweiten Zweigdurchlaß 352, der mit dem Startreservoir 330 des Hauptbetätigungströmungsmittelkreises in Verbindung steht.
Das Startreservoir 330 ist vorgesehen als ein Mittel zum Aufladen oder Starten und dadurch zum Ermöglichen eines raschen Unterdrucksetzens der Hochdruckpumpe 332 während des Motorstartens. Das Startreservoir 333 ist stromaufwärts bezüglich der Pumpenkammer(n) der Kochdruckpumpe 332 positioniert und ist in engerer Strömungsmittelverbindungsnähe mit der Pumpe 332 als mit dem separaten Sumpf 316 angeordnet. Zum Beispiel kann das Startreservoir 330 integral mit einer Vorderabdeckung (nicht gezeigt) des Motors 12 ausgebildet sein. Alternativ könnte das Startreservoir 330 integral mit der Hochdruckpumpe 332 ausgebildet sein. An oder in der Nähe der höchsten Erhöhung des Strömungsmittelniveaus des Startreservoirs 330 ist eine Rückführleitung 354 mit einer ausgewählten Strömungseinschränkung oder Drossel 356 darinnen vorgesehen. Vorzugsweise ist die Strömungseinschränkung oder Drosseil 356 eine Zumeßöffnung mit einer festen Strömungsfläche. Die Rückführleitung 354 und die Strömungseinschränkung 356 sind vorgesehen, um Luft aus dem Startreservoir 330 herauszulassen und die Luft zu dem Sumpf 316 zurückzuleiten, wo sie zur Atmosphäre abgelassen werden kann.
Stromaufwärts bezüglich des Kühlers 324 ist eine Kühler/Filterbypassleitung 358 vorgesehen, die vollständig den Kühler 324 und die Strömungsmittelfilter 326 umgeht und direkt mit dem Startreservoir 330 in Verbindung steht. Die Kühler/Filterbypassleitung 358 ist vorgesehen als ein Mittel oder eine Vorrichtung zum automatischen Auffüllen oder Nachftillen von Betätigungsströmungsmittel, das in dem Startreservoir 330 fehlt und zwar während kalter Motorbetriebsbedingungen&sub1; wenn die Viskosität des Betätigungsströmungsmittels relativ höher ist. Die Kühler/Filterbypassleitung 358 besitzt darinnen angeordnet ein Einwegeströmungsrückschlagventil 360.
Während des Betriebs der hydraulischen Betätigungsströmungsmittel- und Dämpfungsströmungsmittelversorgungsmittel 20 bei kalten Temperaturen öffnet das Rückschlagventil 360 eine Strömungsmittelströmung durch die Kühler/Filterbypassleitung 358 und zu dem Startreservoir 330, wenn der Strömungsmitteldruck in dem Startreservoir 330 um eine ausgewählte Größe kleiner ist als der Strömungsmitteldruck in dem Auslaß der Transferpumpe 322. Diese Druckdifferenz bewirkt, daß sie das Rückschlagventil 360 mit einem entsprechenden Ausmaß öffnet und einen Teil oder das gesamte Betätigungsströmungsmittel direkt zu dem Startreservoir 330 zuführt und zwar ohne daß es gefiltert wird. Die Strömung durch die Kühler/Filterbypassleitung 358 wird immer dann aktiviert, wenn der zweite Durchlaß 352, der zu dem Startreservoir 330 führt, nicht in der Lage ist, das Startreservoir 330 vollständig zu füllen. Wenn der Druck in dem Startreservoir 330 ein ausgewähltes Niveau bezüglich des Auslasses der Transferpumpe 322 erreicht, wird das Rückschlagventil 360 geschlossen und die Strömung von vollständig gefiltertem Betätigungströmungsmittel zu dem Startreservoir 330 wird wieder aufgenommen.
An oder in der Nähe des Bodens (der tiefsten Erhöhung) des Startreservoirs 330 ist ein Pumpenversorgungsdurchlaß 362, der mit einem Einlaß der Hochdruckpumpe 332 verbunden ist. Vorzugsweise ist das höchste Niveau oder die höchste Erhöhung des Betägigungsströmungsmittel in dem Startreservoir 330 höher als das höchste Niveau des Betätigungsströmungsmittels in der (den) Pumpenkammer(n) der Hochdruckpumpe 332 um sicherzustellen, daß die Hochdruckpumpe 332 vollständig mit Betätigungströmungsmittel gefüllt bzw. aufgeladen bleibt.
Um Kosten zu minimieren, ist die Hochdruckpumpe 332 vorzugsweise eine Axialkolbenpumpe mit fester Verdrängung, die mechanisch durch den Motor 12 angetrieben wird. Die Hochdruckpumpe 332 arbeitet in Verbindung mit einem primären, variablen Druckregulierer, der nachfolgend beschrieben wird. Alternativ kann die Hochdruckpumpe 332 eine Axialkolbenpumpe mit variabler Verdrängung sein, ohne den primären variablen Druckregulierer. In einem HEUI Brennstoffinjektionssystem 10 für einen Motor 12 des V- Typs ist die Hochdruckpumpe 332 vorzugsweise an der Vorderseite des Motors 12 angeordnet und zwar an oder in der Nähe des Scheitejs des V, das durch das Paar von Zylinderköpfen 14 gebildet wird. Der Auslaß der Hochdruckpumpe 332 steht mit ersten und zweiten Sammelleitungsversorgungsdurchlässen 364, 366 in Verbindung. Jeder der ersten und zweiten Sammelleitungsversorgungsdurchlässe 364, 366 steht mit einer jeweiligen Sammelleitung 334, 336 in Verbindung.
Vorzugsweise umfassen die Sammelleitungsdrucksteuermittel 340 einen elektronisch gesteuerten Primärdruckregulierer 368 Der Primärdruckregulierer 368 ist zwischen dem Auslaß der Hochdruckpumpe 332 und einer Rückführleitung 370 verbunden, die mit dem Sumpf 316 in Verbindung steht. Der Primärdruckregulierer 368 ist vorgesehen als ein Mittel oder eine Vorrichtung zum Variieren des Drucks in den Sammelleitungen 334, 336 zwischen ausgewählten Grenzen (z.B. ungefähr 2067 bis 20670 kpa oder 300 bis 3000 psi). Durch Variieren des Betätigungsströmungsmitteldrucks in den Sammeileitungen 334, 336 wird konsequenterweise der Injektionsdruck des Brennstoffs, der durch die Einheitsinjektoren 18 geliefert wird, variiert Die Sammelleitungsdrucksteuermittel 340 umfassen ferner ein Druckentlastungsventil 372, das den Primärdruckregulierer 368 unterstützt und schützt die Sammelleitungen 334, 336 davor, einen ausgewählten Druck (z.B. ungefähr 27560 kpa oder 4000 psi) zu übersteigen.
Wenn sie aktiviert sind, leiten der Primärdruckregulierer 368 und/oder das Druckentlastungsventil 372 überschüssiges Betätigungsströmungsmittel durch die Rückführleitung 370, die mit dem Sumpf 316 in Verbindung steht. Eine Strömungsmittelleckage in der Hochdruckpumpe 332 wird durch einen Gehäuseablaßdurchlaß 364 geleitet, der mit der Rückführleitung 370 verbunden ist, die mit dem Sumpf 316 in Verbindung steht. Ein Betätigungsströmungsmitteldrucksensor 376 ist in mindestens einer der Sammelleitungen 334, 336 vorgesehen und sendet ein Signal S&sub6; zurück zu den elektronischen Steuermitteln 24.
Die Helmholtz-Resonanz Steuermittel 338 umfassen ein Einwegeströmungsrückschlagventil 378,380, das in jeder der ersten und zweiten Sammelleitungsversorgungsdurchlässe 364, 366 positioniert ist, die die Hochdruckbetätigungsströmungsmittelpumpe 332 mit jeder der Sammelleitungen 334, 336 verbindet. Die Helmholtz-Resonanz Steuermittel 338 umfassen ferner eine Bypassleitung 382, 384 mit einer ausgewählten Strömungsmitteleinschränkung oder Drossel 386, 388 darinnen, die parallel zu jedem Rückschlagventil 378, 380 verbunden ist.
Alternativ könnte die ausgewählte Strömungseinschränkung oder Drossel 386, 388 integral mit dem Rückschlagventil 378, 380 ausgebildet sein, um ein Rückschlagventil mit Zumeßöffnung zu bilden. Vorzugsweise ist jede Strömungsmitteleinschränkung 386, 388 eine Zumeßöffnung mit fester Strömungsfläche, aber alternativ könnte sie eine Zumeßöffnung mit variabler Strömungsfläche sein.
Die Helmholtz-Resonanz Steuermittel 338 sind vorgesehen, um steuerbar die Erzeugung einer Helmholtz-Resonanz von Druckwellen zu minimieren oder zu verhindern, die auf natürliche Weise zwischen den zwei miteinander verbundenen Hochdrucksammelleitungen 334, 336 und auch zwischen der Pumpe 332 und jeder Sammelleitung 334, 336 auftreten würden. Das Kontrollieren der Helmhoitz-Resonanz hilft dabei, einen gleichförmigeren Druck über die Zeit hinweg, in jeder Sammelleitung 334, 336 bei einer konstanten Druckeinstellung des Primärdruckregulierers 368 beizubehalten. Die Rückschlagventile 378, 380 isolieren eine Strömungsmittelverbindung von einer Sammelleitung zu der anderen. Die Bypassleitungen 382, 384 und die Strömungsmitteleinschränkungen oder Drosseln 386, 388 minimieren eine Strömungsmittelverbindung von einer Sammelleitung 334, 336 zu der anderen, was freigegebene Strömungsmittelenergle ausbreitet, wenn ihr jeweiliges Rückschlagventil 378, 380 geschlossen wird. Die Bypassleitungen 382, 384 und die Strömungseinschränkungen 386, 388 führen auch drei weitere Funktionen durch. Zuerst dienen sie als Mittel oder Einrichtung zum Herunterbluten bzw. Verringern des Drucks in jeder Sammelleitung 334, 336 während des Motorbetriebs nachdem das elektronische Steuermodul 454 dem Primärdruckregulierer 368 signalisiert, den Druck in den sammelleitungen 334, 336 abzusenken. Sie dienen auch als Mittel oder Einrichtung zum Herunterbluten bzw. Verringern des hohen Drucks in den Sammelleitungen nach dem Abschalten des Motors, so daß die Einheitsinjektoren 18 zur Wartung herausgenommen werden können, ohne Betätigungsströmungsmittel von dem Motor 12 zu verschütten. Wenn das Betätigungströmungsmittel darüber hinaus nicht von den Sammelleitungen 334, 336 nach dem Abschalten des Motors und vor dem Neustarten des Motors 12 heruntergeblutet bzw. weggeleitet würde, würden die Einheitsinjektoren 18 dazu neigen, schwarzen Rauch oder andere unerwünschte Emissionen zu erzeugen und dies würde auch ein recht hörbares Klopfgeräusch bewirken. Als zweites dienen sie als Mittel oder Einrichtung zum Ausgleichen des Drucks des Betätigungsströmungsmittels, das während des Betriebs des Brennstoffinjektionssystems (10) sowohl in ersten als auch zweiten Sammelleitungen (334, 336) kommuniziert bzw. geleitet wird. Als drittes bilden sie einen Teil der hydraulischen Auffüllschaltung, die direkt hiernach beschrieben wird. Die Strömungsfläche jeder Strömungseinschränkung oder Drossel 386, 388 und die Masse und die Versetzung der Rückschlagventile 378, 380 sind gemäß dem Systemdruck, den Strömungsanforderungen, der Betriebsfrequenz, und der hydraulischen Konfiguration des HEUI-Brennstoffinjektionssystems 10 ausgewählt.
Der Betätigungsströmungsmittelkreis umfaßt auch Mittel oder eine Einrichtung 390 zum automatischen Auffüllen oder Nachfüllen des Leerraums bzw. des Fehlvolumens in jeder Sammelleitung 334, 336, das nach dem Motorabschalten auftritt, infolge des Abkühlens und Zusammenziehens des Betätigungsströmungsmittels und/oder der Ausscheidung eingeschlossener Luft aus dem Betätigungsströmungsmittel. Ohne den kompensierenden Effekt der Auffüllmittel 390 würde das Verlustvolumen an Betätigungsströmungsmittel in jeder Sammelleitung 334, 336 das Starten des Motors verzögern bis die Hochdruckpumpe 332 in der Lage ist, das Verlustvolumen in den Sammelleitungen 334, 336 aufzufüllen. Die Auffüllmittel 390 umfassen vorzugsweise einen Betätigungsströmungsmittelsyphondurchlaß 392. Der Syphondurchlaß 392 umgeht den Einlaß der Hochdruckpumpe 332 und ist direkt zwischen dem Startreservoir 330 und den Sammelleitungen 334, 336 verbunden. Der Syphondurchlaß besitzt ein Einwegeströmungsrückschlagventil 394 darinnen, das eine Strömung von dem Startreservoir 330 zu den Sammelleitungen 334, 336 erlaubt. Die Auffüllmittel 390 umfassen auch die Bypassleitungen 382, 384 und die Strömungseinschränkungen 386, 388, die Betätigungströmungsmittel zu einer jeweiligen Sammelleltung 334, 336 liefern.
Vorzugsweise ist eine Betätigungströmungsmittelsammelleitung 334, 336 vorgesehen für und assoziert mit jedem Zylinderkopf 14 mit einer Reihe oder einer Bank von Einheitsinjektoren 18. Bei einem Motor 12 des V-Typs sind zum Beispiel zwei Betätigungströmungsmittelsammelleitungen 334, 336 vorgesehen. Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jede Betätigungströmungsmittelsammelleitung 334, 336 integral mit einer Lufteinlaß- bzw. Ansaugsammelleitung 396 ausgebildet und diese kombinierte Einheit ist mittels Bolzen oder Schrauben oder auf sonstige Weise mit dem jeweiligen Zylinderkopf 14 verbunden. Alternativ kann jede Betätigungströmungsmittelsammelleitung 334, 336 ein separates Bauteil sein, das mit. dem jeweiligen Zylinderkopf 14 verbunden ist. Alternativ könnte jede Betätigungströmungsmittelsammelleitungen 334, 336 integral mit dem jeweiligen Zylinderkopf 14 ausgebildet sein. Ein Vorteil des Integrierens der Betätigungströmungsmittelssammelleitungen 334, 336 als Innendurchlässe des Motors 12 ist die Eliminierung von externen Hochdruckbetätigungsströmungsmittelleitungen, die Kosten hinzufügen würden und den Zusammenbau und die Verläßlichkeit des HEUI-Brennstoffinjektionssystems 10 bezüglich des Motors 12 verkomplizieren bzw. verschlechtern würden. Ein weiterer Vorteil ist das sauberere oder relativ weniger zusammengeballte und ästhetisch ansprechendere Erscheinen des Motors 12, was den Zugriff zur Wartung oder zur Reparatur erleichtert. Das nicht so zusammengeballte oder zusammengewürfelte Erscheinen des Motors macht es auch leichter, diesen für unterschiedliche Anwendungen anzupassen oder zu installieren.
Die Betätigungströmungsmittelsammelleitung 334, 336 besitzt einen Gemeinschaftshauptdurchlaß 398, 400 und eine Vielzahl von Hauptzweigdurchlässen 402, die mit dem Gemeinschaftshauptdurchlaß 398, 400 in Verbindung steht. Die Anzahl der Hauptzweigdurchlässe entspricht der Anzahl von Einheitsinjektoren 18, die in jedem Zylinderkopf 14 positioniert sind. Jeder Gemeinschaftshauptdurchlaß 398, 400 erstreckt sich über den jeweiligen Zylinderkopf 14 in beabstandeter und paralleler Beziehung zu der gesamten Bank oder Reihe von Linheitsinjektoren 18, die in jedem Zylinderkopf 14 positioniert ist. Wie in Figur 2 gezeigt ist, steht jeder der Hauptzweigdurchlässe 402 auch in Verbindung mit einer jeweiligen Einheitsinjektorbohrung 16, die in dem Zylinderkopf 14 ausgebildet ist und der zweiten ringförmigen umfangsnut 174, die in dem jeweiligen Einheitsinjektor 18 definiert ist. Die ringförmige Umfangsnut 174 des Einheitsinjektors 18 und die Bohrung 16 definieren einen Ringraum, was sicherstellt, daß das Hochdruckbetätigungsströmungsmittel, das durch den Hauptzweigdurchlaß 402 zu dem Einheitsinjektor 18 geleitet wird, einen im wesentlichen gleichförmigen oder ausgeglichenen bzw. balanderten Druck um den gesamten Außenumfang des Einheitsinjektors 18 herum, ausübt. Dies verhindert, daß der Finheitsinjektor 18 eine unausgeglichene Hochdruckseitenbelastung erfährt, wenn kein Ringraum zwischen dem Hauptzweigdurchlaß 402 und den Betätigungsströmungsmitteleinlaßdurchlässen 158 des Einheitsinjektors 18 vorhanden wären.
Unter Bezugnahme hauptsächlich auf Figur 13, aber auch auf die Figuren 1 und 2, weisen die Brennstoffversorgungsmittel 22 einen Brennstoffinjektionskreis 404 auf, der folgendes umfaßt: einen Brennstofftank 406, eine Brennstoffversorgungsleitung 408, eine Brennstofftransfer- und Auflade- bzw. Startpumpe 410, Mittel oder eine Einrichtung 412 zum Konditionieren bzw. Aufbereiten des Brennstoffs, eine Brennstoffsammelleitung 414, 416 vorgesehen für und assoziert mit jedem Zylinderkopf 14 und eine oder mehr Brennstoffrückführleitungen 418, 420.
Vorzugsweise umfassen die Brennstoffkonditioniermittel 412 einen Brennstofferwärmer 422, einen Brennstoffilter 424 und einen Brennstoff/Wassertrenner bzw. Abscheider 426. Brennstoff wird durch die Brennstofftransferpumpe 410 von dem Tank 406 gesaugt und strömt durch die Brennstoffkonditioniermittel 412, wo er auf eine ausgewählte Temperatur erwärmt, gefiltert und vom Wasser getrennt wird. Die Brennstoffkonditioniermittel 412 besitzen einen Brennstoffauslaßdurchlaß 428, der mit einem T-Stück 430 verbunden ist. Das T-Stück 430 teilt die Brennstoffströmung in zwei Teile auf und steht mit einem Paar von Brennstoffsammelleitungsversorgungsdurchlässen 432, 434 in Verbindung. Jeder Brennstoffsammelleitungsversorgungsdurchlaß 432, 434 steht mit einer jeweiligen Brennstoffsammelleitung 414, 416 in Verbindung, die in jedem der Zylinderköpfe 14 definiert ist. Wie in Figur 2 gezeigt ist, besitzt jede Brennstoffsammelleitung 414, 416 die Form eines Gemeinschaftsbrennstoffhauptdurchlasses, der vorzugsweise als ein Innendurchlaß das jeweiligen Zylinderkopfs 14 ausgebildet ist. Jeder Gemeinschaftsbrennstoffhauptdurchlaß schneidet teilweise, aber nicht direkt jede Einheitsinjektorbohrung 16, die mit dem Zylinderkopf t4 assoziiert ist und steht mit der zweiten ringförmigen Umfangsnut 174 des Einheitsinjektors 18, der mit der Injektorbohrung 16 assoziert ist, in Verbindung.
Die Brennstoffkonditioniermittel 412 umfassen ferner ein weiteres T-Stück 436, das stromaufwärts bezüglich des T- Stücks 430 positioniert ist und zwar an einer Stelle, die vorzugsweise an oder in der Nähe des höchsten Punktes oder der höchsten Erhöhung in dem Brennstoffströmungskreis ist. Ein Zweig des anderen T-Stücks 436 ist mit einem Luftrückführdurchlaß 438 verbunden, der eingeschlossene Luft zu dem Brennstofftank 406 zurückleitet. Der Luftrückführdurchlaß 438 kann eine ausgewählte Strömungseinschränkung oder Drossel 442 aufweisen, um die Brennstoffströmungsmenge durch den Luftrückführdurchlaß 438 zu minimieren. Wie in Figur 13, aber nicht in Figur 1 gezeigt ist, können die Brennstoffrückführleltungen in mit dem Brennstofftank 406 in Verbindung steht. Eine ausgewählte Strömungseinschränkung oder Drossel 448 vorzugsweise in der Form einer Zumeßöffnungmit fester Strömungsfläche ist in der Nähe des Auslasses jeder Brennstoffsammelleitung 414, 416 positioniert um dabei zu helfen, den Druck in der Brennstoffsammelleitung auf einem ausgewählten Druck (zum Beispiel ungefähr 276 bis 413 kpa oder 40 bis 60 psi) während des Motorbetriebs beizubehalten. Darüber hinaus kann ein Druckregulierer 450, der auch als ein Anti-Syphonventil dienen kann, in der für oder zusätzlich zu der individuellen Strömungseinschränkung 448. Die Brennstoffkonditioniermittel 412 können auch eine Warneinrichtung 452 in der Form eines Lichtes und/oder eines Alarms, der für den Motorbediener sichtbar ist, aufweisen, der anzeigt, wenn der Brennstofffilter 424 einer Wartung bedarf.
Gemäß Figur 1 umfassen die elektronischen Steuermittel 24 ein programmierbares, elektronisches Steuermodul 454 und Mittel oder eine Einrichtung zum Detektieren von mindestens einem Parameter und zum Erzeugen eines Parameter anzeigenden Signals (S&sub1;&submin;&sub5;,&sub7;&submin;&sub8;), das nachfolgend als Einqabe- bzw. Eingangsdatensignal bezeichnet wird und das eine Anzeige des detektierten Parameters ist. Die Detektier- und Erzeugungsmittel umfassen vorzugsweise einen oder mehrere herkömmliche Sensoren oder Wandler, die periodisch einen oder mehrere Parameter wie z.B. Motor und/oder Getriebebetriebszustände detektieren und entsprechend Eingangsdatensignale erzeugen, die an das elektronische Steuermodul 454 geschickt werden. Vorzugsweise umfassen solche Eingangsdatensignale folgendes: die Motorgeschwindigkeit oder Drehzahl S&sub1;, die Motorkurbelwellensposition S&sub2;, die Motorkühlmitteltemperatur S&sub3;, den Motorabgasstaudruck S&sub4;, den Motoreinlaßsammelleitungsdruck S&sub5;, und die Drosselposition oder Soll-Brennstoffeinstellung S&sub7;. Wenn der Motor 12 darüber hinaus mit einem automatischen Getriebe gekoppelt ist, können die Eingangsdatensignale auch ein Getriebebetriebszustandanzeigesignal S&sub8; aufweisen, das zum Beispiel die Gangeinstellung des Getriebes anzeigt.
Das elektronische Steuermodul 454 ist mit unterschiedlichen multidimensionalen Steuerstrategien oder Logikkarten programmiert, die die Eingangsdaten in Betracht ziehen und dann ein Paar von Soll- oder optimalen Ausgangssteuersignalen S&sub9;,S&sub1;&sub0; berechnen. Ein Ausgangssteuersignal S&sub9; ist das Betätigungsströmungsmittelsammelleitungsdruckbefehlssignal. Eieses Signal wird zu dem Primärdruckregulierer 368 geleitet, um den Ausgangsdruck der Pumpe 332 einzustellen, was wiederum den Druck des Betätigungströmungsmittels in den Sammelleitungen 334, 336 auf eine gewünschte Größe einstellt. Eine Einstellung des Betätigungsströmungsmitteldrucks besitzt den Effekt einer direkten Einstellung des Brennstoffinjektionsdrucks unabhängig von der Motordrehzahl. Das Ausgangssteuersignal S&sub9; kann somit auch als Brennstoffinjektionsdruckbefehlssignal angesehen werden. Eine akkurate oder genaue Steuerung des Betätigungströmungsmitteldrucks hilft dabei, eine genaue Steuerung des Brennstoffinjektionstimings und der Menge sicherzustellen. Um den Betätigungströmungsmitteldruck akkurat zu steuern, ist ein Rückkoppelungskreis mit geschlossener Schleife bzw. ein geschlossener Regelkreis vorgesehen. Ein Sensor ist vorgesehen zum Detektieren des Drucks des hydraulischen Betätigungströmungsmittels, das an die Einheitsinjektoren 18 geliefert wird und zum Erzeugen eines Druck anzeigenden Signals S&sub6;, das den detektierten Druck anzeigt. Der Sensor ist vorzugsweise in mindestens einer der Sammelleitungen 334, 336 positioniert und tastet periodisch den Ist-Druck ab. Vorzugsweise ist die Abtast- oder Samplingfrequenz so ausgewählt, daß ein mittlerer oder Durchschnittsdruck detektiert wird, der für unerhebliche Spitzeneffekte nicht zu empfindlich ist. Der Sensor erzeugt ein entsprechendes Eingangsdatensignal S&sub6;, das an das elektronische Steuermodul 454 geschickt wird. Das elektronische Steuermodul 454 vergleicht den Ist-Betätigungströmungsmitteldruck mit der Soll- oder Optimaleinstellung und führt eine notwendige Korrektur des Ausgangssteuersignals 39 durch.
Das andere Ausgangssteuersignal S&sub1;&sub0; ist das Brennstofflieferbefehlssignals, das an die elektronische Betätigeranordnung 36 jedes ausgewählten Einheitsinjektors 18 geliefert wird. Das Brennstofflieferbefehlssignal S&sub1;&sub0; bestimmt die Zeit zum Starten der Brennstoffinjektion und die Brennstoffmenge, die während jeder Einspritz- oder Injektionsphase eingepritzt wird. Vorzugsweise wird das Brennstofflieferbefehlssignal, das durch das elektronische Steuermodul 454 erzeugt wird, zu einer elektronischen Treibereinheit (nicht gezeigt) geleitet. Die elektronische Treibereinheit erzeugt eine ausgewählte Wellenform, die zu der Betätigeranordnung 36 des Einheitsinjektors 18 geleitet wird.
Die durch die elektronische Treibereinheit erzeugte Wellenform kann zum Beispiel eine Zwei-Stufenfunktion sein. Die erste Stufe der Funktion kann ein Signal von ungefähr sieben Amper sein, was ausreicht, um den Anker 42 und das Sitzventil 38 rasch zu ihrer dritten Position zu bewegen, die eine Verbindung des Hochdruckbetätigungsströmungsmittels mit dem Verstärkungskolben 88 erlaubt. Die zweite Stufe der Funktion kann ein Signal mit einer relativ kleineren Größe von ungefähr der Hälfte der Größe der ersten Stufe (z.B. ungefähr 3,5 Amper) sein, was ausreicht, um den Anker 42 und das Sitzventil 38 in ihrer dritten Position zu halten bis das Brennstofflieferbefehlssignal durch das elektronische Steuermodul 454 beendet wird. Vorzugsweise treibt das elektronische Steuermodul 454 direkt den Primärdruckregulierer 368 ohne die Notwendigkeit für eine zwischengeschaltete elektronische Treibereinheit

Industrielle Anwendbarkeit

Das HEUI-Brennstoffinjektionssystem 10 verwendet ein Betätigungs- und Dämpfungsströmungsmittel, das von dem für die Injektion in dem Motor 12 verwendeten Brennstoff getrennt ist. Die Vorteile der Verwendung von Motorschmieröl anstelle des Brennstoffs als Quelle für das Betätigungsströmungsmittel und das Dämpfungsströmungsmittel sind die folgenden. Motorschmieröl besitzt eine höhere Viskosität als Brennstoff und daher benötigen die Hochdruckbetätigungsströmungsmittelpumpe 332 und die Körperanordnung 30 des Einheitsinjektors 18 nicht den Grad an Präzisionsfreiräumen oder zusätzlicher Pumpkapazität, die notwendig wäre, um Brennstoff ohne übermäßige Leckage, insbesondere beim Starten eines Motors wenn der Brennstoff noch relativ heiß ist, zu pumpen. Das Motorschmieröl sieht eine bessere Schmierung vor als dies zum Beispiel dieser Brennstoff tut. Eine solche Schmierung ist insbesondere notwendig bei der Führung und den Sitzen des Sitzventils 38. Das Motorschmieröl ist auch in der Lage, die Ölablaß- bzw. Ablaufpfade zu dem Sumpf 316 zu verwenden, die normalerweise bei einem herkömmlichen Motor bestehen, wohingegen Brennstoff, der als Betätigungs- und Dämpfungsströmungsmittel verwendet würde, zusätzliche Durchlässe oder externe Leitungen zum Ableiten des Brennstoffs zurück zu dem Brennstofftank benötigen würde. Solche Ölablaß- oder Ablaufpfade sowie der relativ große Luftraum innerhalb der Zylinderkopfabdeckung 99 sehen keine Einschränkung oder Drosselung der Strömung vor. Somit wird die Druckspitze, die natürlicherweise zu Ende der Injektion bzw. der Einspritzung auftritt, rasch ausgebreitet anstatt möglicherweise zu der Elektromagnetanordnung 36 zurückreflektiert zu werden, wo sie die relativ feinen oder zerbrechlichen Bauteile beschädigen könnte.
Das Ablassen des Hochdruckbetätigungsströmungsmittels in die Ablaß- bzw. Ablaufpfade, die von den Brennstoffversorgungspfaden getrennt sind, hilft dabei eine Variation bei der Brennstofflieferung und des Injektionstimings zwischen unterschiedlichen Einheitsinjektoren 18 zu verhindern.
Es wird nun ein effizientes Verfahren oder eine Strategie zum Starten des Motors 12 beschrieben. Während der Motor 12 anfänglich durch eine Hilfsleistungsquelle wie z.B. eine Batterie und einen Startermotor (nicht gezeigt) angekurbelt wird, überwacht das elektronische Steuermodul 454 den Betätigungsströmungmittelsammelleitungsdruck S&sub6;. Das elektronische Steuermodul 454 ist so programmiert, daß es die Elektromagnetanordnung 36 irgendeines Einheitsinjektors 18 nicht mit einem Brennstofflieferbefehlssignal S&sub1;&sub0; elektrisch erregt bis der Betätigungsströmungsmittelsammelleitungsdruck S&sub6; mindestens auf ein ausgewähltes minimales Druckniveau ansteigt. Während dieser Zeit treibt das Ankurbeln des Motors 12 mechanisch die Hochdruckbetätigungsströmungsmittelpumpe 332 an zum raschen Aufbauen von Druck in den Betätigungsströmungsmittelsammelleitungen 334, 336, die als Druckakkumulatoren dienen.
Vorzugsweise ist das ausgewählte minimale Druckniveau des Betätigungsströmungsmittels, das notwendig ist zum Triggern oder Auslösen der Erregung der Einheitsinjektoren 18 der minimale Druck, der notwendig ist, um mindestens eine Brennstoffinjektion durch einen Einheitsinjektor 18 zu betätigen. Das ausgewählte minimale Druckniveau variiert mit der Temperatur oder Viskosität des Betätigungsströmungsmittels und wird im allgemeinen unter kalten Motorstartbedingungen höher sein im Vergleich zu warmen Motorstartbedingungen. Das ausgewählte minimale Druckniveau hängt auch von der tatsächlichen hydraulischen Konfiguration des Einheitsinjektors 18 ab, die Parameter, wie z.B. den Düsenöffnungsdruck der Düsen- und Spitzenanordnung 34 und das Druckverstärkungsverhältnis zwischen dem Verstärkungskolben 88 und dem Plunger 204 abdeckt.
Ein nicht gezeigter Sensor zum Detektieren der Temperatur oder Viskosität des Betätigungsströmungsmittels kann vorgesehen sein. Alternativ kann der Sensor einem weiteren Motorparameter wie z.B. die Motorkühlmitteltemperatur detektieren, die indirekt die Temperatur oder Viskosität des Betätigungsströmungsmittels anzeigt. Bei jedem Ausführungsbeispiel wird das die Temperatur oder Viskosität anzeigende Signal, das durch den Sensor erzeugt wird, zu dem elektronischen Steuermodul 454 geschickt, das dann ein geeignetes, minimales Druckniveau bestimmt oder auswählt und zwar gemäß bzw. abhängig von dem die Temperatur oder Viskosität anzeigenden Signal. Nachdem mindestens ein Einheitsinjektor 18 Brennstoff eingespritzt hat, zündet der Motor 12, so daß sich die Motordrehzahl rasch erhöht, was eine erhöhte Pumpeffizienz der Hochdruckpumpe 332 zur Folge hat.
Ein Vorteil der oben genannten Motorstartstrategie ist die Fähigkeit die Größe (d.h. die Pumpkapazität) der Hochdruckbetätigungsströmungsmittelpumpe 332 zu minimleren und zwar basierend auf der Größe, die notwendig ist, um ein rasches Motorstarten zu erreichen. Das Minmieren der Pumpengröße 332 reduziert Kosten und auch parasitäre Leistungsverluste des Motors 12. Die obige Motorstartstrategie ist anwendbar bei jedem hydraulisch betätigten Brennstoffsystem, einschließlich dem HEUI-Brennstoffinjektionssystem 10, und zwar unter Verwendung von Öl, Brennstoff oder einem anderen Strömungsmittel als das Betätigungströmungsmittel.
Unterschiedliche alternative Verfahren zum Starten des Brennstoffsystems 10 oder des Motors 12 werden nun besprochen. Ein erstes alternatives Verfahren weist den Schritt des Ankurbelns des Motors 12 auf, so daß die Pumpe 332 Betätigungsströmungsmittel unter Druck setzt, das verwendet wird zum hydraulischen Betätigen einer Vielzahl von hydraulisch betätigten elektronisch gesteuerten Einheitsinjektoren 18. Das Verfahren weist ferner den Schritt auf, daß jas elektronische Steuermodul 454 jeden Einheitsinjektor 18 elektrisch betätigt und zwar sequentiell einen zu einer gegebenen Zeit um eine Brennstoffinjektion nur zu bewirken, nachdem eine ausgewählte Zeitperiode während des Unterdrucksetzens des Betätigungsströmungsmittels abgelaufen ist. Ein zweites alternatives Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Unterdrucksetzen von Betätigungssträmungsmittel, das verwendet wird zum hydraulischen Betätigen einer Vielzahl von hydraulisch betätigten elektronisch gesteuerten Einheitsinjektoren, elektrisches Betätigen einer ausgewählten Anzahl von Einheitsinjektoren und zwar sequentiell einen zu einer Zeit, um eine Brennstoffinjektion nur zu bewirken, nachdem eine ausgewählte Zeitperiode während des Unterdrucksetzens des Betätigungsströmungsmittels abgelaufen ist und das elektrische Betätigen aller Einheitssinjektoren und zwar sequentiell einen zu einem Zeitpunkt, um eine Brennstoffinjektion zu bewirken, nachdem das Brennstoffsystem 10 oder der Motor 12 gestartet ist. Ein drittes alternatives Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Unterdrucksetzen von Betätigungsströmungsmittel, das verwendet wird zum hydraulischen Betätigen einer Vielzahl von hydraulisch betätigten elektronisch gesteuerten Einheitsinjektoren, elektrisches Betätigen einer ausgewählten Anzahl von Einheitsinjektoren und zwar sequentiell einen zu einer Zeit bzw. zu einem Zeitpunkt, um eine Brennstoffinjektion während des Startens des Brennstoffsystems 10 oder des Motors 12 zu bewirken, und elektrisches Betätigen aller Einheitsinjektoren und zwar sequentiell einen zu einer Zeit bzw. einem Zeitpunkt, um eine Brennstoffinjektion zu bewirken, nachdem das Brennstoffsystem 10 oder der Motor 12 gestartet ist. Ein viertes alternatives Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Unterdrucksetzten von Betätigungsströmungsmittel, das verwendet wird zum hydraulischen Betätigen einer Vielzahl von hydraulisch betätigten, elektronisch gesteuerten Linheitsinjektoren, elektrisches Betätigen einer ausgewählten Anzahl von Einheitsinjektoren und zwar sequentiell einen zu einer Zeit bzw. zu einem Zeitpunkt zum Bewirken einer Brennstoffinjektion nur nachdem eine ausgewählte Zeitperiode während des Unterdrucksetzens des Betätigungsströmungsmittels abgelaufen ist, und allmähliches Erhöhen der Anzahl von Einheitsinjektoren, die elektrisch sequentiell zu einer Zeit betätigt werden, um eine Brennstoffinjektion zu bewirken. Wenn das System 10 oder der Motor 12 stottert oder absäuft, wird die Anzahl der Einheitsinjektoren 18, die elektrisch sequentiell einer zu einer Zeit betätigt werden, verringert und das Startverfahren wird wiederholt.
Der Betrieb eines Einheitsinjektors 18 nach dem Starten des Motors wird nun beschrieben. Gemäß den Figuren 1,2 und 13 wird Brennstoff mit einem relativ geringen Druck (z.B. ungefähr 276 bis 413 kpa oder 40 bis 60 psi) an den Einheitsinjektor 18 durch die jeweilige Brennstoffsammelleitung 416 geliefert. Gemäß den Figuren 3 und 5 strömt der Brennstoff durch die Gehäusebrennstoffeinlaßlöcher 308, den Ringdurchlaß 314, den Hülsenbrennstoffeinlaßdurchlaß 270, den Brennstofffilterschirm 244 und dann durch die Hülsenbohrung 268. Der Brennstoff mit relativ geringem Druck hebt das Rückschlagventil 230 ab und zwar entgegen der Kraft der zusammengedrückten Kugelfeder 226, wenn die Elektromagnetanordnung 36 in ihrem enderregten Zustand ist, und der Druck in der Brennstoffpumpenkammer 260 geringer ist als der Druck stromaufwärts bezüglich des Rückschlagventils 230 und zwar um eine ausgewählte Größe. Während das Rückschlagventil 230 abgehoben ist, wird die Brennstoffpumpenkammer 260 wieder mit Brennstoff aufgefüllt.
Während die Elektromagnetanordnung 36 in ihrem enderregten Zustand ist, ist das Sitzventil 38 in seiner ersten Position, die eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Betätigungsströmungsmitteleinlaßdurchlaß 158 und der Kolbenpumpkammer 190 blockiert, während sie eine Verbindung zwischen der Kolbenpumpkammer 190 und der oberen ringförmigen Umfangsnut 144, dem Durchlaß 128 und dem Ablaß oder Ablaufdurchlaß 108, der mit dem Sumpf 316 in Verbindung steht, öffnet. Bei einem vernachlässigbaren Strömungsmitteldruck in der Kolbenpumpkammer 190 drückt die Klungerfeder 206 nach oben gegen den Plunger 204 und den Verstärkerkolben 88, 30 daß der erste Anschlag 194 den Sitz 170 kontaktiert.
Um eine Injektion zu starten, wird ein Brennstofflieferbefehlsignal S&sub1;&sub0; durch das elektronische Steuermodul 454 erzeugt und an die elektronische Treibereinheit geliefert. Die elektronische Treibereinheit erzeugt eine vorgewählte Wellenform an der Elektromagnetanordnung 36 eines ausgewählten Einheitsinjektors 18. Die Elektromagnetanordnung 36 wird elektrisch erregt, so daß der Anker 42 magnetisch zu dem Stator 46 gezogen wird Das Sitzventil 38 wird auch durch den sich bewegenden Anker 42 gezogen. Das Sitzventil 38 bewegt sich anfänglich zu seiner zweiten Position, wo dessen unterer Sitz 149 eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Betätigungsströmungsmitteleinlaßdurchlaß 158 und der Kolbenpumpkammer 190 öffnet, während eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Kolbenpumpkammer 190 und der oberen ringförmigen Umfangsnut 144 dem Durchlaß 128 und dem Auslaßdurchlaß 108 beibehalten wird. Während dieses Abschnitts der Versetzung des Sitzventils 38 wird der relativ hohe Druck des Betätigungsströmungsmittels, der von dem Einlaßdurchlaß 158 kommt, auf einen relativ niedrigen Druck in der ringförmigen Kammer 163 reduziert und ein Teil des Betätigungsströmungsmittels wird zurück zu dem Sumpf 316 abgelassen und zwar durch die eingeschränkten bzw. gedrosselten Durchlässe 128 der Sitzelementhülse 76. Während warmer Motorbetriebsbedingungen wird ein Teil des Betätigungsströmungsmittels mit verringertem Druck als Dämpfungsströmungsmittel verwendet, das an dem Freiraum C3a vorbei lecken bzw. laufen kann, um die Geschwindigkeit des Sitzventils 38 zu verringern, wenn es sich seiner dritten Position annähert. Darüber hinaus neigt Dämpfungsströmungsmittel, das von dem oberen Sitzventilhohlraum 138 zu dem unteren Sitzventilhohlraum 148 verdrängt wird und zwar über die eingeschränkten Durchlässe 142 dazu die Geschwindigkeit des Sitzventils 38 zu verringern, wenn es sich seinen zweiten und dritten Positionen annähert.
Während sich das Sitzventil 38 von seiner ersten Position zu seiner zweiten Position bewegt, dienen die eingeschränkten Durchlässe 128 als Mittel oder eine Einrichtung zum Erlauben des Aufbaus von etwas Druck in der Kolbenpumpkammer 190, aber auch zum Ablassen einer ausreichenden Strömungsmittelströmung zu dem Sumpf 316, so daß der Start der Brennstoffeinspritzung bzw. Injektion verzögert wird. Diese Betriebssequenz stellt sicher, daß die Übergangs- und etwas unvorhersagbare Anfangsbewegung des Sitzventils 38 von seiner stationären ersten Position zu seiner zweiten Position isoliert ist bzgl. zu oder nicht zusammenfällt mit der Zeitperiode zu der die Brennstoffinjektion beginnt. Die ausgewählte Größe der einschränkenden bzw. eingeschränkten Durchlässe 128 ist ein Kompomiß und zwar dahingehend, daß sie groß genug ist, rasch die Brennstoffeinspritzung zu beenden, wenn sich das Sitzventil 38 von seiner dritten Position zu seiner zweiten Position bewegt und sie klein genug ist, um die Verschwendung von Betätigungsströmungsmittel, das zurück zu dem Sumpf 316 abgelassen wird, zu minimieren, während sich das Sitzventil 38 von seiner ersten Position zu seiner zweiten Position bewegt.
Das Sitzventil 38 fährt fort, sich zu seiner dritten Position zu bewegen, wobei der untere Sitz 149 weiterhin eine geöffnete Strömungsmittelverbindung zwischen dem Einlaßdurchlaß 158 und der Kolbenpumpkammer 190 beibehält, während der obere Sitz 129 eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Kolbenpumpkammer 190 und der oberen ringförmigen Umfangsnut 144, dem Durchlaß 128 und dem Auslaßdurchlaß 108 blockiert. Betätigungsströmungsmittel mit einem relativ hohen Druck (z.B. ungefähr 20670 kPa oder 3000 psi), das durch den Einlaßdurchlaß 158 strömt, wird in der ringförmigen Kammer 163, dem Zwischendurchlaß 160 und der Kolbenpumpkammer 190 eingeschlossen und übt dadurch eine hydraulische Antriebskraft auf den Verstärkungskolben 88 aus.
Hochdruckbetätigungsströmungsmittel, das aus dem Einlaßdurchlaß 158 und durch den eng kontrollierten Freiraum zwischen dem zweiten Endteil 136 des Sitzventils 38 und dem Führungsteil 164 mit reduziertem Durchmesser des Körpers 80 lecken kann, steht in Verbindung mit dem unteren Sitzventilhohlraum 148, den Durchlässen 142, dem oberen Sitzventilhohlraum 138, dem unteren Ankerhohlraum 89 und den Ablaßdurchlässen 98 des Ankerabstandselementes bzw. Abstandshalters 64.
Das Einwegerückschlagventil 208 in Zusammenarbeit mit dem hin- und herbewegbaren Verstärkungskolben 88 ist vorgesehen als ein kostengünstiges und leicht zusammenzubauendes Mittel oder eine Einrichtung zum positiven Evakuieren bzw. Entlüften von Brennstoff aus der Kolbenkammer 192 während des nach unten gerichteten Pumphubs des Verstärkungskolbens 88. Brennstoff tendiert somit dazu in die Kolbenkammer 192 zu lecken und zwar zwischen sukzessiven Pumphüben des Verstärkungskolbens 88 und des Plungers 204 mittels des eng kontrollierten ringförmigen Freiraums zwischen dem Plunger 204 und der Hauptbohrung 212 der Trommel 198. Jede Strömungsmittelleckage, die sich in der Kolbenkammer 192 sammelt, wird effektiv durch das Einwegerückschlagventil 208 gepumpt und zwar durch die nach unten gerichtete Bewegung des Verstärkungskolbens 88. Der Brennstoff, der in dieser Art und Weise aus der Kolbenkammer 192 evakuiert wird, wird durch das Einwegerückschlagventil 208 davon zurückgehalten, direkt wieder in die Kolbenkammer 192 einzutreten. Das Evakuieren von Brennstoff in der Kolbenkammer 192 während des Motorbetriebs eliminiert oder minimiert Strömungsmittelwiderstand oder Strömungsmitteldruck darinnen, der ansonsten abträglich die Gewollt-Bewegung des Verstärkungskolbens 88 und des Plungers 204 beinflußt hätte. Darüber hinaus werden starke Druckimpulse, die in der Kolbenkammer 192 durch die nach unten gerichtete Bewegung des Verstärkungskolbens 88 erzeugt werden, minmiert oder eliminiert.
Die Eliminierung solcher großen Druckimpulse hilft dabei, eine Beschädigung der Brennstofffilter, die stromaufwärts bezüglich des Einheitsinjektors 18 angeordnet sind, zu verhindern und auch mögliche unkontrollierte Variationen in der Brennstoffinjektionsrate zwischen anderen Einheitsinjektoren 18 des Motors zu verhindern.
Das Hochdruckbetätigungströmungsmittel verdrängt bzw. versetzt den Verstärkungskolben 88 und den Plunger 204 entgegen der Kraft, die durch die zusammengedrückte Plungerfeder 206 erzeugt wird. Der Brennstoff, der in der Brennstoffpumpenkammer 260 eingeschlossen ist, wird auf ein Niveau unter Druck gesetzt, das eine Funktion des Drucks des Betätigungsströmungsmittels in der Verstärkungskolbenpumpkammer 190 und dem Verhältnis der effektiven Flächen A&sub1;/A&sub2; zwischen dem Verstärkungskolben 88 und dem Plunger 204 ist. Dieser unter Druck gesetzte Brennstoff fließt bzw. strömt von der Brennstoffpumpenkammer 260 und durch die Auslaßdurchlässe 264, 272, 283, 285, wo sie gegen das Nadelrückschlagelement 248 wirken und zwar entgegen einer Vorbelastung bzw. Vorspannung, die durch die Nadelrückschlagfeder 238 ausgeübt wird. Der unter Druck gesetzte Brennstoff hebt den Nadelrückschlag bzw. das Nadelrückschlagelement 248 ab, nachdem ein ausgewähltes Druckniveau erreicht ist und der stark unter Druck gesetzte Brennstoff wird durch die Injektionssprühzumeßöffnungen 286 eingespritzt bzw. injeziert.
Um die Einspritzung zu beenden oder die eingespritzte Brennstoffmenge zu kontrollieren bzw. zu steuern, unterbricht das elektronische Steuermodul 454 sein Brennstofflieferbefehlssignal S&sub1;&sub0; an die elektronische Treibereinheit. Die elektronische Treibereinheit unterbricht dann seine Wellenform, um dadurch elektrisch die Elektromagnetanordnung 36 des ausgewählten Einheitsinjektors 18 zu enderregen. Das Fehlen der entgegengesetzt wirkenden magnetischen Kraft erlaubt der zusammengedrückten Sitzelementfeder 78 sich auszudehnen, was bewirkt, daß sich sowohl der Anker 42 als auch das Sitzventil 38 zurück zu ihrer ersten Position bewegen. Das Sitzventil 38 geht durch seine zweite Position, in der sein unterer Sitz 149 eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Einlaßdurchlaß 158 und der Kolbenpumpkammer 190 öffnet, während er eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Kolbenpumpkammer 190 und der oberen ringförmigen Umfangsnut 144, dem Durchlaß 128 und dem Ablaufdurchlaß 108 beibehält. Während dieses Teils der Versetzung des Sitzventils 38 wird der Druck des Betätigungsströmungsmittels, das von dem Einlaßdurchlaß 158 verbunden bzw. kommuniziert wird, abgelassen bzw. verringert und alles oder ein Teil davon wird direkt zurück zu dem Sumpf 316 ausgelas sen. Während heißer Motorbetriebsbedingungen wird das vom Druck befreite Betätigungströmungsmittel als Dämpfungsströmungsmittel verwendet, das entlang des Freiraums C3a hindurch gehen kann, um die Geschwindigkeit des Sitzventils 38 zu verringern, wenn sich dies seiner ersten Position annähert.
In der ersten Position sitzt der untere Sitz 149 des Sitzventils 38 auf dem ringförmigen Ventilsitz 166 des Körpers 80, was Hochdruckbetätigungsströmungsmittel dahingehend blockiert mit der Kolbenpumpkammer 190 zu kommunizieren. Darüber hinaus wird der obere Sitz 146 des Sitzventils 38 von dem Ringsitz 129 der Sitzelementhülse 76 abgehoben, wodurch die Kolbenpumpkammer 190 mit der oberen ringförmigen Umfangsnut 144, dem Durchlaß 128 und dem Ablaufdurchlaß 108 verbunden wird.
Sobald die Kolbenpumpkammer 190 in Strömungsmittelverbindung mit der ringförmigen Umfangsnut 144, dem Durchlaß 128 und dem Ablaufdurchlaß 108 ist, verringert sich auch der Strömungsmitteldruck, der auf den Verstärkungskolben 88 wirkt, um dadurch die nach unten gerichtete Versetzung oder Verdrängung des Verstärkungskolbens 88 und des Plungers 204 zu stoppen. Die zusammengedrückte Plungerfeder 206 dehnt sich dann aus, um dadurch den Plunger 204 und den Verstärkungskolben 88 zurück gegen den Sitz 170 des Körpers 80 zu bringen. Der Druck in der sich ausfahrenden bzw. ausdehnenden Brennstoffpumpkammer 260 verringert sich, was erlaubt, daß die zusammengedrückte Nadelrückschlagfeder 238 das Nadelrückschlagelement 248 nach unten gegen seinen Sitz 282 bewegt. Der verringerte Druck in der Brennstoffpumpkammer 260 erlaubt dem Rückschlagventil 230, sich abzuheben um dadurch zu erlauben, daß sich die Brennstoffpumpkammer 260 wieder mit Brennstoff füllt.
Während kalter Motorstartbedingungen ist die Viskosität des Betätigungsströmungsmittels relativ hoch, wenn Motorschmieröl als Betätigungsströmungsmittel ausgewählt ist. Die Gegenwart von kaltem und sehr viskosen Betätigungströmungsmittel in den Freiräumen C&sub1;, C&sub2; ist unzweckmäßig, da es die Bewegung des Ankers 42 und des Sitzventus 38 behindern oder vollständig einschränken kann. Die Größe des ringförmigen Freiraums C3a zwischen dem Sitzventil 38 und der Sitzelementhülse 76 ist vorzugsweise so ausgewählt, daß er klein genug ist, um die Kommunikation oder Verbindung von relativ kaltem Betätigungsströmungsmittel von der oberen ringförmigen Umfangsnut 144 des Sitzventils 38 zu dem oberen Sitzventilhohlraum 138 und dem unteren Ankerhohlraum 89 während des Startens des Motors einzuschränken. Somit sind der bewegbare Anker 42 und das Sitzventil 38 frei zu arbeiten, ohne daß kaltes und viskoses Betätigungströmungsmittel in den Freiräumen C&sub1;, C&sub2; vorhanden ist. Die effektive Strömungseinschränkung, die durch den Freiraum C3a (z.B. die Querschnittsfläche und axiale Länge) vorgesehen ist, ist vorzugsweise auch so ausgewählt, daß sie groß genug ist, um relativ warmes oder heißes Betätigungsströmungsmittel zwischen der oberen ringförmigen Umfangsnut 144 und dem oberen Sitzventilhohlraum 138 und dem unteren Ankerhohloberen Sitzventilhohlraum 138 und dem unteren Ankerhohlraum 89 während des normalen Motorbetriebs zu kommunizieren bzw. zu verbinden. Dies erlaubt, dem bewegbaren Anker 42 und dem Sitzventil 38 mit einer ausgewählten Dämpfungsgröße zu arbeiten, die durch die Versetzung bzw. Verdrängung oder das Herausdrücken von relativ heißem Betätigungsströmungsmittel aus den Freiräumen C&sub1; und C&sub2; ausgeübt ist. Die Größe des ringförmigen Freiraums C3a sollte auch in Verbindung mit der Auswahl der Größe für den Freiraum C&sub2; zwischen dem Anker 42 und dem Sitzelementadapter 70 ausgewählt sein Eine solche Dämpfung hilft dabei, die Tendenz des Sitzventils 38 zu minimieren von einem seiner Sitze 146, 149 zurückzuprallen nach der Herstellung eines anfänglichen Kontaktes.
Die Verbindungs- Sammel- und Ablaßmittel 56 in der Form der Sammelnuten 60 und der Durchlässe 58 helfen dabei, jeden Pumpeneffekt, den der bewegbare Anker 42 normalerweise auf das Betätigungsströmungsmittel ausüben würde, das in dem oberen Ankerhohlraum 57 enthalten ist, zu minimieren. Die Verbindungs-, Sammel- und Ablaßmittel 56 und die Ablaß- bzw. Ablaufdurchlässe 98 des Ankerabstandshalters 64 erlauben dem Dämpfungsströmungsmittel, das zu den oberen und unteren Ankerhohlräumen 57, 89 kommuniziert bzw. geleitet wurde, zu dem Sumpf 316 zurückzulaufen, ohne hydraulisch die Position des Ankers 42 und des Sitzventils 38 zu verriegeln. Die Verbindungs-, Sammel- und Ablaßmittel 56 und die Ankerabstandshalterablaß- oder Ablaufdurchlässe 98 ermöglichen auch heißem Betätigungsströmungsmittel von den oberen und unteren Ankerhohlräumen 57, 89 abzulaufen, so daß das Betätigungsströmungsmittel nicht dort bleiben kann, nicht abkühlt und möglicherweise sehr viskoses Strömungsmittel unter kalten Motorstartbedingungen wird.
Um das Starten des Motors 12 bei kalten Motorbedingungen zu unterstützen, können ein oder mehrere elektrische Siausgewählten Amplitude, Impulsbreite und Periode an die Betätigeranordnung 36 angelegt werden und zwar über eine ausgewählte Zeitspanne vor dem Ankurbeln des Motors 12. Die ausgewählte Amplitude, Impulsbreite, Periode und Zeitspanne sind vorsichtig ausgewählt, um die Betätigeranordnung 36 nicht zu überhitzen und zu beschädigen. Die Stromimpulse können entweder durch die elektronische Treibereinheit, die Motorbatterie, oder eine Kombination der beiden, angelegt werden. Die periodischen elektrischen Signale können bewirken, daß sich der federvorgespannte Anker 42 hin und her bewegt und dadurch mindestens einen Teil des Viskosendämpfungsströmungsmittels aus den oberen und unteren Ankerhohlräumen 57, 89 ausstößt. Ein wichtiger Effekt ist die Reduzierung der Strömungsmittelfilmstärke oder Festigkeit in dem Hohlraum 57 zwischen dem Anker 42 und dem Stator 46. Ein weiterer wichtiger Effekt ist, daß die Betätigeranordnung 36 angeheizt bzw. erwärmt wird, so daß sie beim Aufwärmen des Dämpfungsströmungsmittels hilft, daß schlußendlich dazu kommuniziert bzw. geleitet wird und zwar über den Freiraum C3a zwischen dem Sitzventil 38 und der Sitzelementhülse 76. Jeder dieser Effekte ermöglicht ein rascheres Ansprechen des Sitzventils 38 für eine verbesserte Brennstoffeinspritzlieferfähigkeit und verbesserte Timing- oder Zeitsteuergenauigkeit während des Motorstartens.
Diese Motorstartstrategie kann weiter verbessert werden durch Detektieren der Temperatur des Betätigungsströmungsmittels in z.B. mindestens einer der Sammelleitungen 334, 336 und Implementieren dieser Startstrategie nur wenn die Temperatur unter ein ausgewähltes Niveau fällt. Alternativ können andere Motorparameter, die indirekt die Temperatur des Betätigungsströmungsmittels in den Sammelleitungen 334, 336 anzeigen wie z.B. die Motorkühlmitteltemperatur detektiert und verwendet werden, um zu bestimmen, ob diese Startstrategie implementiert wird oder nicht.
Zusätzlich zu oder als eine Alternative zu der oben genannten Kaltmotorstartstrategie kann ein solches oder mehrere elektrische Signale an die Betätigeranordnung 36 über eine ausgewählte Zeitspanne angelegt werden, nachdem der Motor 12 angehalten wurde. Wenn der Motor 12 angehalten wird, treibt er nicht länger die Hochdruckbetätigungsströmungsmittelpumpe 332 an. Die elektrischen Signale bewirken, daß sich der federvorgespannte Anker 42 hin und her bewegt und dadurch mindestens einen Teil des heißen Dämpfungsströmungsmittels aus den oberen und unteren Ankerhohlräumen 57, 89 ausstößt, bevor das Dämpfungsströmungsmittel abkühlt und viskoser wird. Diese Strategie kann ferner modifiziert werden durch Detektieren der Umgebungslufttemperatur und Anlegen der elektrischen Signale an die Betätigeranordnung 36 nachdem der Motor 12 angehalten wurde, aber nur wenn die Umgebungslufttemperatur unter einen ausgewählten Wert fällt.
Bei kalten Motorbetriebsbedingungen kann ein ausgedehntes Brennstofflieferbefehlssignal oder ein ausgedehnter Logikimpuls notwendig sein, um das Starten eines kalten Motors 12 zu bewirken. Die Länge der Zeit, die für den Brennstofflieferbefehl notwendig ist, ist eine Funktion der Betätigungsströmungsmittelviskosität infolge der unterschiedlichen Druckabfälle in dem Kreis. Ohne präzise Kenntnis der Ölviskosität ist es schwierig, die exakte Zeitlänge, die für das Brennstofflieferbefehlssignal unter kalten Motorstartbedingungen notwendig ist, zu berechnen oder zu schätzen. Wenn die Zeit unterschätzt wird, wird eine ungenügende Brennstoffeinspritzung bewirkt. Wenn die Zeit überschätzt wird, wird eine übermäßige Brennstoff einspritzung bewirkt, was den Motor mit zuviel Brennstoff versorgen und beschädigen könnte.
Eine Lösung des obigen Problems des Verbesserns der Kaltmotorstartfähigkeit ist das Vorsehen eines Sensors zum direkten oder indirekten Detektieren der Viskosität oder Temperatur des Betätigungsströmungsmittels, zum Erzeugen eines Viskositäts- oder Temperatur anzeigenden Signals, das an das elektronische Steuermodul 454 geschickt wird und Verwenden einer Impulsbreitenmultiplizierstrategie zum Kompensieren von Variationen in der detektierten Viskosität oder Temperatur des Betätigungsströmungsmittels. Das elektronische Steuermodul 454 ist so programmiert, daß bei normalen Motorbetriebstemperaturen das maximale Brennstofflieferbefehlssignal S&sub1;&sub0; durch eine ausgewählte maximale Impulsbreite beschränkt ist, die ausgewählt ist, um die Regelbarkeit des Motors 12 zu verbessern und/oder übermäßiges Motordrehmoment zu verhindern. Eine solche ausgewählte maximale Impulsbreite kann ungenügend sein, um Kaltmotorstarten zu erreichen. Daher ist das elektronische Steuermodul 454 auch so programmiert, daß nur während des Motorstartens die ausgewählte maximale Impulsbreite mit einem Faktor multipliziert und erhöht wird, wobei der Faktor als eine Funktion der detektierten Viskosität oder Temperatur des Betätigungsströmungsmittels ausgewählt wird. Im allgemeinen erhöht sich der Faktor von 1 auf eine Zahl größer als 1, wenn sich die detektierte Viskosität des Betätigungsströmungsmittels erhöht oder die detektierte Temperatur des Betätigungsströmungsmittels verringert. Nachdem der Motor 12 gestartet hat und das Betätigungsströmungsmittel normale Motorbetriebstemperatur oder Viskosität erreicht, wird der ausgewählte Faktor 1.
Das Verfahren zum Starten des Motors 12 kann z.B. die folgenden Schritte des elektronischen Steuermoduls 454 aufweisen: Anlegen mindestens eines elektrischen Brennstofflieferbefehlssignals S&sub1;&sub0; mit einer ausgewählten ersten Impulsbreite an die Betätiger- und Ventilanordnung 28 des Einheitsinjektors 18, Liefern von Druckbetätigungsströmungsmittel an den Einheitsinjektor 18 ansprechend auf das Brennstofflieferbefehlssignal S&sub1;&sub0; mit der ersten Impulsbreite, hydraulisches Versetzen oder Verdrängen des Verstärkungskolbens 88 des Einheitsinjektors 18 über eine erste Versetzung bzw. Versetzungsgröße um eine erste Brennstoffeinspritzmenge ansprechend auf das Brennstofflieferbefehlssignal S&sub1;&sub0; mit der ersten Impulsbreite zu bewirken, und Anlegen mindestens eines weiteren elektrischen Brennstofflieferbefehlssignals S&sub1;&sub0; mit einer ausgewählten zweiten Impulsbreite an den Einheitsinjektor 18 nachdem der Motor gestartet ist, wobei die zweite Impulsbreite kleiner als die erste Impulsbreite ausgewählt ist. Das Verfahren umfaßt ferner die folgenden Schritte: Anlegen von Druckbetätlgungsströmungsmittel an den Einheitsinjektor 18 ansprechend auf das weitere Brennstofflieferbefehlssignal S&sub1;&sub0; mit der zweiten Impulsbreite und hydraulisches Versetzen oder Verdrängen des Verstärkungskolbens 88 des Einheitsinjektors 18 über eine zweite Versetzung bzw. Versetzungsgröße um eine zweite Brennstoffeinspritzmenge zu bewirken ansprechend auf das andere Brennstofflieferbefehlssignal S&sub1;&sub0; mit der zweiten Impulsbreite, wobei die zweite Versetzung bzw. Versetzungsgröße kleilner ist als die erste Versetzung bzw. Versetzungsgröße. Demgemäß ist die zweite Brennstoffinjektionsmenge kleiner als die erste Brennstoffinjektionsmenge. Alternativ könnte das elektronische Steuermodul 454 eine Serie von elektrischen Brennstofflieferbefehlssignalen S&sub1;&sub0; während des Motorstartens anlegen, wobei die Impulsbreiten der Signale sich allmählich von einer ausgewählten Größe zu einer weiteren ausgewählten Größe verringern würden. Eine weitere Lösung des obigen Problems ist das selektive Variieren des Drucks des Betätigungsströmungsmittels, das an die Einheitsinjektoren 18 geliefert wird. Der Druck wird durch das elektronische Steuermodul 454 variiert, das das Betätigungsströmungsmittelsammelleitungsdruckbefehlssignal 39 des Primärdruckregulierers 368 variiert. Zum Beispiel könnte das Verfahren zum Starten des Motors 12 die folgenden Schritte aufweisen: Anlegen eines elektrischen Brennstofflieferbefehlsslgnals S&sub1;&sub0; an den Einheitsinjektor 18 durch das elektronische Steuermodul 454, Liefern von Betätigungsströmungsmittel mit einem ausgewähltem ersten Druck an den Einheitsinjektor 18 ansprechend auf das Anlegen des Brennstofflieferbefehlssignals S&sub1;&sub0;, hydraulisches Versetzen oder Verdrängen des Verstärkungskolbens 88 des Einheitsinjektors 18 über eine erste Versetzung bzw. Versetzungsgröße zum Bewirken einer Brennstoffeinspritzung, und Anlegen eines weiteren elektrischen Brennstofflieferbefehlssignals S&sub1;&sub0; an den Einheitsinjektor 18, nachdem der Motor gestartet ist. Das Verfahren umfaßt ferner die folgenden Schritte: Liefern von Betätigungsströmungsmittel mit einem ausgewählten zweiten Druck an den Einheitsinjektor 18 ansprechend auf das Anlegen des weiteren Brennstofflieferbefehlssignals S&sub1;&sub0;, wobei der zweite Druck kleiner ausgewählt ist als der erste Druck und hydraulisches Versetzen oder Verdrängen des Verstärkungskolbens 88 des Einheitsinjektors 18 über eine zweite Versetzung oder versetzungsgröße, um eine Brennstoffinjektion zu bewirken, wobei die zweite Versetzungsgröße kleiner ist als die erste Versetzungsgröße. Alternativ könnte das elektronische Steuermodul 454 dem Betätigungströmungsmittellieferdruck während des Motorstarten variieren, so daß sich der Druck allmählich von einer ausgewählten Größe zu einer weiteren ausgewählten Größe verringert.
Eine weitere Lösung des obigen Problems ist, nicht nur selektiv den Druck zu variieren, sondern auch die Impulsbreiten der Brennstofflieferbefehlssignale S&sub1;&sub0; zu variieren. Bei den obigen Beispielen können die Größen des Betätigungsströmungsmitteldrucks und/oder die Brennstofflieferbefehlsimpulsbreiten als eine Funktion der Viskosität oder Temperatur des Betätigungsströmungsmittels oder eines anderen Parameters ausgewählt werden, der indirekt diese Viskosität oder Temperatur anzeigt.
Eine weitere Lösung des obigen Problems ist das Einstellen des Freiraums C&sub4; zwischen dem Trommelsitz 219 und dem zweiten Anschlag 196 des Verstärkungskolbens 88 auf eine ausgewählte axiale Länge, die dem maximal erlaubbaren effektiven Hub des Verstärkungskolbens 88 und des Plungers 204 entspricht. Zum Beispiel könnte der Freiraum C&sub4; als ungefähr 3,5 mm oder 0,136 Zoll ausgewählt werden. Der Einheitsinjektor 18 ist somit mechanisch beschränkt, eine ausgewählte maximale Brennstoffmenge unter jeglichen Bedingungen einschließlich des kalten Motorbetriebs oder des Startens einzuspritzen. Während des kalten Motorbetriebs liefert das elektronische Steuermodul 454 ein Brennstofflieferbefehlssignal S&sub1;&sub0; mit einer relativ langen Zeitdauer oder Impulsbreite unabhängig von der tatsächlichen Ölviskosität, die aber ausreicht, um die maximale Versetzung oder Verdrängung des Verstärkungskolbens 88 zu bewirken. Die Größe des Freiraums C&sub4; ist so ausgewählt, daß ausreichend Brennstoff eingespritzt wird, um ein adäquates Starten und eine Beschleunigung des Motors 12 sicherzustellen, aber nicht mehr als eine, die eine Beschädigung des Motors 12 und/oder des Antriebszuges durch übermäßige Brennstoffversorgung bewirken würde. Die Größe des Freiraums C&sub4; ist auch so ausgewählt, daß sie kleiner ist als der entsprechende Freiraum zwischen dem freien Ende des Plungers 204 und dem Anschlagglied 232 Wenn die Brennstoffversorgungsmittel 22 somit während des Motorbetriebs keinen Brennstoff mehr besitzen (der Brennstoff geht zu Ende) kontaktiert der Verstärkungskolben 88 seinen Sitz 219 zuerst und verhindert dadurch, daß der Plunger 204 auf das Anschlagglied 232 aufschlägt und eine mögliche Verwindung oder Beschädigung des Plungers 204 und/oder der Trommel 198 bewirkt. Nachdem das Starten des Motors erreicht ist, ist das elektronische Steuerwodul 454 programmiert, die Impulsbreite des Brennstofflieferbefehlssignals S&sub1;&sub0; auf eine Zeitdauer zu reduzieren, die ausreicht, um eine Soll-Motordrehzahl beizubehalten.
Das Folgende ist eine Zusammenfassung der Hauptvorteile des HEUI-Brennstoffinjektionssystems 10 gegenüber einem mechanisch betätigten Brennstoffinjektionssystem. Zuerst eliminiert das HEUI-Brennstoffinjektionssystem 10 unterschiedliche herkömmliche mechanische Bauteile wie z.B. den Nocken und Kipp- oder Schwenkhebelmechanismus, der verwendet wird, um den Brennstoffpumpplunger zu betätigen. Eine solche Beseitigung von Bauteilen hilft dabei, Kosten zu reduzieren und die Verläßlichkeit und die Größe bzw. Verpackungsgröße des Motors 12 zu verbessern. Infolge der obigen Vorteile ist das HFUI-Brennstoffinjektionssystem 10 auch attraktiv zur Nachrüstung an bestehenden herkömmlichen Motoren, die noch keine elektronisch gesteuerten Brennstoffinjektionssysteme besitzen. Als zweites kann der Brennstoffinjektionsdruck des HEUI-Brennstoffinjektionssystems 10 ausgewählt oder sogar auf optimale Werte variiert werden, unabhängig von der Drehzahl des Motors 12. Zum Beispiel kann während des Motorstartens die Größe des Injektionsdrucks auf einen ausgewählten Wert erhöht werden, um die Startfähigkeit des Motors 12 zu verbessern. Bei geringer Motorbelastung und geringen Motordrehzahlbedingungen, kann die Größe des Injektionsdrucks auf einen ausgewählten Wert verringert werden, um die Zerstäubung des eingespritzten Brennstoffs zu reduzieren, so daß der Brennstofflangsamer verbrennt und einen leiseren Betrieb des Motors 12 bewirkt. Bei hohen Motorbelastungen und niedrigen Motordrehzahlbedingungen kann die Größe des Injektionsdrucks auf einen ausgewählten Wert erhöht werden, um die Partikelmenge, die durch den Motor 12 abgegeben oder ausgestoßen wird, zu reduzieren. Bei Teillastbedingungen kann die Größe des Injektionsdrucks auf einen ausgewählten Wert verringert werden, um den Brennstoffverbrauch durch den Motor 12 zu verringern. Bei jedem der obigen Beispiele kann die Impulsbreite des Brennstofflieferbefehlssignals S&sub1;&sub0; auch variiert werden für eine optimale Motorleistung und/oder minmale Emissionen. Der Rückkoppelungskreis mit geschlossener Schleife bzw. der geschlossene Regelkreis hilft dabei, sicherzustellen, daß eine gewünschte oder zweckmäßige Druckeinstellung erreicht und beibehalten wird und zwar solange wie es zweckmäßig ist.

Claims

1. Betätiger und Ventilanordnung (28) für einen hydraulisch betätigten elektronisch gesteuerten Einheitsinjektor (18), der folgendes aufweist:

eine elektrisch erregbare Elektromagnetanordnung (36) mit einem bewegbaren Anker (42);

einen Schließkörper- bzw. Sitzelementadapter (70), der eine Bohrung (100) und einen Auslaßdurchlaß (108) definiert, wobei der Auslaßdurchlaß (108) mit der Sitzelementadapterbohrung (100) in Verbindung steht;

ein Schließkörper bzw. Sitzelementglied (76), das in der Sitzelementadapterbohrung (100) positioniert ist, wobei das Sitzelementglled (76) eine Bohrung (126), einen ringförmigen Sitz (129) und einen sich seitlich erstreckenden Durchlaß (128) definiert, der mit der Sitzelementhülsenbohrung (126) in Verbindung steht;

einen Körper (80) mit einer Bohrung (154), einem Betätigungsströmungsmitteleinlaßdurchlaß (158), der mit der Körperbohrung (154) in Verbindung steht und mit einem ringförmigen Ventilsitz (166), der in der Körperbohrung (154) definiert ist; die einen ersten Verbindungspfad, der zwischen einer Kolbenpumpkammer (190), einer oberen ringförmigen Umfangsnut (144), dem sich seitlich erstreckenden Durchlaß (128) und dem Auslaßdurchlaß (108) verbindet und einen zweiten verbindungspfad definieren, der zwischen dem Betätigungsströmungsmitteleinlaßdurchlaß (158) und der Kolbenpumpkammer (190) verbindet; und ein langgestrecktes Sitzventil (38), das mit dem Anker (42) verbunden ist und einen ersten Endteil 132, einen Zwischenteil (134) und einen zweiten Endteil (136) besitzt; dadurch gekennzeichnet, daß der erste Endteil (132) in der Sitzelementhülsenbohrung (126) positioniert ist und zwar gemäß bzw. mit einem ersten vorbestimmten Diametralfreiraum (C3a), daß der zweite Endteil (136) in der Körperbohrung (154) positioniert ist und zwar gemäß bzw. mit einem zweiten vorbestimmten Diametralfreiraum (C3b), der kleiner ist als der erste vorbestimmte diametrale Freiraum (C3a), daß der Zwischenteil (134) einen oberen Sitz (146) definiert, daß der zweite Endteil (136) einen unteren Sitz (149) definiert; daß das Sitzventil (38) zwischen ersten, zweiten und dritten Positionen bewegbar ist, in denen es beide der ersten und zweiten Verbindungspfade öffnen kann oder einen derselben blockieren kann, wobei der untere Ventilsitz (149) des Sitzventils gegen den ringförmigen Ventilsitz (166) des Körpers sitzt, um eine Strömungsmittelverbindung mit dem Betätigungströmungsmitteleinlaßdurchlaß (158) des zweiten Verbindungspfades zu blockieren und wobei der obere Sitz (146) des Sitzventus von dem ringförmigen Sitz (129) der Sitzelementhülse entfernt bzw. abgehoben wird, um eine Strömungsmittelverbindung mit dem Sitzelementadapterauslaßdurchlaß (108) des ersten Verbindungspfades zu öffnen, wenn das Sitzventil (38) in seiner ersten Position ist; daß der untere Sitz (149) des Sitzventils von dem ringförmigen Ventilsitz (166) des Körpers entfernt bzw. abgehoben wird, um eine Strömungsmittelverbindung mit dem Betätigungströmungsmitteleinlaßdurchlaß (158) des zweiten Verbindungspfades zu öffnen und der obere Sitz (146) des Sitzventus von dem ringförmigen Sitz (129) der Sitzelementhülse entfernt wird, um eine Strömungsmittelverbindung mit dem Sitzelementadapterauslaßdurchlaß (108) des ersten Verbindungspfades zu öffnen, wenn das Sitzventil (38) in seiner zweiten Position ist;

daß der untere Sitz (149) des Sitzventils von dem ringförmigen Ventilsitz (166) des Körpers entfernt wird, um eine Strömungsmittelverbindung mit dem Betätigungströmungsmitteleinlaßdurchlaß (158) des zweiten Verbindungspfades zu öffnen und der obere Sitz (146) des Sitzventils gegen den ringförmigen Sitz (129) der Sitzelementhülse sitzt, um eine Strömungsmittelverbindung mit dem Sitzelementadapterauslaßdurchlaß (108) des ersten Verbindungspfades zu blockieren, wenn das Sitzventil (38) in seiner dritten Position ist; und daß Mittel (78) vorgesehen sind zum Vorspannen des Sitzventils (38) zu seiner ersten Position, wobei der Anker (42) das Sitzventil (38) zu seiner dritten Position bewegt, wenn die Elektromagnetanordnung (36) elektrisch erregt wird.

2. Betätiger und Ventilanordnung (28) nach Anspruch 1, wobei die Form des oberen Sitzes (146) des Sitzventils (38) halbkugelförmig ist.

3. Betätiger und Ventilanordnung (28) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Form des unteren Sitzes (149) des Sitzventils (38) kegelstumpfförmig ist.

4. Betätiger und Ventilanordnung (28) nach einem der vorherigen Anspräche, wobei das Sitzelementglied (76) eine Sitzelementhülse ist.

5. Betätiger und Ventilanordnung (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anordnung ferner eine Dichtung (68) aufweist, die in einem dritten ausgewählten Diametralfreiraum zwischen dem Sitzelementadapter (70) und dem Sitzelementglied (76) positioniert ist.

6. Betätiger und Ventilanordnung (28) nach Anspruch 5, wobei der dritte ausgewählte diametrale Freiraum größer ist als der erste ausgewählte diametrale Freiraum (C3a) oder der zweite ausgewählte diametrale Freiraum (C3b).

7. Betätiger und Ventilanordnung (28) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Dichtung (68) ein O-Ringdichtung ist.

8. Betätiger und Ventilanordnung (28) nach Anspruch 7, wobei die Adapterbohrung (100) eine Umfangsnut (102) definiert, wobei die O-Ringdichtung (68) in der Umfangsnut (102) sitzt.

9. Betätiger und Ventilanordnung (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anordnung ferner ein Abstandselement oder eine Unterlegscheibe (74) aufweist, das bzw. die axial zwischen dem Sitzelementadapter (70) und dem Sitzelementglied (76) positioniert ist, wobei die Vorspannmittel (78) auch das Sitzelementglied (76) und den Abstandshalter (74) gegen den Adapter (70) vorspannen.

10. Betätiger und Ventilanordnung (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste ausgewählte diametrale Freiraum (C3a) eine Schlupfpassung zwischen dem Sitzventil (38) und dem Sitzelementglied (76) vorsieht.

11. Betätiger und Ventilanordnung (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der obere Sitz (146) des Sitzventils und der untere Sitz (149) des Sitzventus jeweils eine effektive Fläche besitzen, wobei die effektive Fläche des oberen Sitzes (146) des Sitzventils kleiner ist als die effektive Fläche des unteren Sitzes (149) des Sitzventils.

12. Bettiger und Ventilanordnung (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der obere Sitz (146) des Sitzventils und der untere Sitz (149) des Sitzventils jeweils eine effektive Fläche besitzen, wobei die effektive Fläche des oberen Sitzes (146) des Sitzventils größer ist als die effektive Fläche des unteren Sitzes (149) des Sitzventils.