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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspritzen
von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer und insbesondere eine
modulare Kraftstoffeinspitzdüse
für Motoren,
welche obenliegende Nockenwellen verwenden, um die Einspritzdüsen zu betätigen.
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Dieselmaschinen
für Lokomotiven
verwenden modulare Kraftstoffeinspritzdüsen, welche durch obenliegende
Nockenwellen betätigt
werden. Eine solche typische herkömmliche modulare Einsprizdüse ist schematisch
in 1 dargestellt und wird allgemein
mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Diese modulare Einspritzdüse 10 schließt einen
stählernen Ventilkörper 11 ein,
welcher in einer Einspritzdüsenbuchse 29 angeordnet
ist. Der stählerne
Ventilkörper 11 beherbergt
ein Nadelventil, das in der geschlossenen Position des Ventils vorgespannt
werden kann, um zu verhindern, dass die Einspritzdüse Kraftstoff
in eine der Verbrennungskammern des Motors einspritzt, welche allgemein
durch das Bezugszeichen 20 bezeichnet ist.
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Wie
es in 1B gezeigt ist, welche eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Teils des stählernen
Ventilkörpers 11 von 1 zeigt, schließt das Nadelventil einen konisch
geformten Ventilsitz 12 ein, der in dem hohlen Inneren
des Ventilkörpers 11 ausgebildet
wird, und der mit und gegen eine konisch geformte Spitze 13 an
einem Ende der Nadel 14 in Passung gebracht werden kann.
Das hohle Innere des Ventilkörpers 11 bildet
weiterhin einen Kraftstoffdurchgang 15, der ein Kraftstoffreservoir 16 und
eine Entladungskammer 17 verbindet, die dem Nadelventil
angeordnet ist. Jeder von verschiedenen Ausgangskanälen 18 ist
typischer Weise mit der Entladungskammer 17 durch eine
Eingangsöffnung 19 und
mit der Verbrennungskammer 20 durch eine Ausgangsöffnung 21 an
jedem gegenüberliegenden Ende
von jedem Ausgangskanal 18 verbunden. Das Nadelventil steuert,
ob es Kraftstoff ermöglicht
wird, von dem Speicherreservoir 16 in die Entladungskammer 17 und
durch die Ausgangskanäle 18 in
die Verbrennungskammer 20 zu strömen.
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Die
konisch geformte Spitze 13 an einem Ende der Nadel 14,
die in dem hohlen Inneren des Ventilkörpers 11 beherbergt
ist, wird in einem dichtenden Kontakt mit dem Ventilsitz 12 durch
eine Feder 22 vorgespannt, die in einem Gehäuse 28 derart aufbewahrt
ist, dass sie so angeordnet ist, ihre Vorspannungskraft gegen das
gegenüberliegende
Ende der Nadel 14 aufzuwenden, wie es in 1 gezeigt ist.
Eine Kraftstoffpumpe 23 ist oberhalb des federvorgespannten
Endes der Nadel 14 angeordnet und in axialer Ausrichtung
mit der Nadel 14. Eine weitere Feder 24 spannt
ein Nockenstößel 25 vor,
das oberhalb und in axialer Ausrichtung mit jedem der Kraftstoffpumpe 23 und
dem federvorgespannten Ende der Nadel 14 angeordnet ist.
Das Nockenstößel 25 ist mit
dem Kolben 26 verbunden, der die Pumpwirkung der Pumpe
erzeugt, die unter Druck gesetzten Kraftstoff in den Ventilkörper 11 der
Einspritzdüse
drängt. Eine
obenliegende Nockenwelle betätigt
zyklisch das Nockenstößel 25,
um die Vorspannungskraft der Feder 24 zu überwinden
und auf den Kolben 26 zu drücken, der dem gemäß die Kraftstoffpumpe 23 betätigt. Der
Kraftstoff, der in den Ventilkörper 11 durch Betätigung der
Pumpe 23 gepumpt wird, hebt hydraulisch die konisch geformte
Spitze 13 der Nadel 14 aus dem Kontakt mit dem
Ventilsitz 12 fort und öffnet
so das Nadelventil und erzwingt eine Entladung von Kraftstoff aus
den Ausgangsöffnungen 21 der Einspritzdüse 10 heraus
und in die Verbrennungskammer 20, die von der Einspritzdüse bedient
wird.
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Die
Ausgangsöffnungen
der Einspritzdüse können jedoch
verschmutzt werden und dadurch die Menge an Kraftstoff, der es ermöglicht wird,
in die Verbrennungskammer einzutreten, nachteilig beeinflussen.
Außerdem
ist das Verbessern der Kraftstoffeffizienz dieser Maschinen ebenso
wie das Verringern ungewollter Emissionen von dem Verbrennungsprozess,
der von solchen Motoren durchgeführt
wird, wünschenswert.
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Das
Ziel, eine effizientere Verbrennung zu erreichen, welche die Leistung
erhöht
und die Verschmutzung durch den Verbrennungsprozess verringert,
wodurch die Leistungsfähigkeit
von Einspritzdüsen
verbessert wird, ist weithin zu erreichen gesucht worden, indem
die Größe der Ausgangsöffnungen der
Einspritzdüse
verringert wurde und/oder der Druck des flüssigen Kraftstoffes, der zu
der Ausgangsöffnung
geliefert wird, erhöht
wurde. Jede dieser Arten von Lösungen
trachtet danach, die Geschwindigkeit des Kraftstoffes, der die Öffnungen
der Einspritzdüse
verlässt,
zu erhöhen.
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Diese
Lösungen
führen
jedoch zu ihren eigenen Problemen wie: die Notwendigkeit, exotische Metalle
zu verwenden; Schmierungsprobleme; die Notwendigkeit, bewegliche
Teile einem Micro-Inch-Finish zu unterziehen; die Notwendigkeit,
interne Kraftstoffdurchgänge
zu formen; hohe Kosten und Direkteinspritzung. Zum Beispiel bedeutet,
sich auf schmalere Öffnungen
zu verlassen, dass die Öffnungen
leichter verschmutzt werden. Das Vertrauen auf höhere Drucke in dem Bereich
von 1500 bar bis 2000 bar bedeutet, dass exotische Me talle verwendet
werden müssen,
die stabil genug sind, diesen Drucken ohne ein Verdrehen in einer
Weise, welche die Eigenschaften der Einspritzdüse verändert, wenn nicht gar diese
zerstört,
zu widerstehen. Solche exotischen Metalle erhöhen die Kosten der Einspritzdüse. Die
höheren
Drucke erzeugen ebenso Schmierungsprobleme, die nicht durch Vertrauen
auf Zusatzstoffe in dem Kraftstoff zur Schmierung der beweglichen
Teile der Einspitzdüse
gelöst
werden können. Andere
Mittel zur Schmierung, wie das Anwenden eines Micro-Inch-Finish auf bewegliche
Metallteile, ist mit einem großen
Kostenaufwand erforderlich. Solche hohen Drucke erzeugen ebenso
Abnutzungsprobleme in den inneren Durchgängen der Einspritzdüse, denen
durch Formgebung der Durchgänge
entgegengewirkt werden muss, welches eine Verarbeitung erfordert,
die kostspielig auszuführen
ist. Diese Abnutzungsprobleme erodieren ebenso die Ausgangsöffnungen,
und eine solche Erosion ändert
innerhalb einer gewissen Zeit die Eigenschaft der Abluft der Einspritzdüse und beeinflusst
die Leistungsfähigkeit.
Außerdem
muss, um die hohen Drucke zu erreichen, die Kraftstoffpumpe zusammen
mit der Einspritzdüse
für eine
direkte Einspritzung positioniert werden, anstelle dass sie entfernt
von der Einspritzdüse
angeordnet wird.
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Die
Verwendung von Ultraschallenergie dazu, eine Verdüsung des
Kraftstoffes, der in eine Verbrennungskammer eingespritzt wird,
zu verbessern, ist bekannt, und Fortschritte auf diesem Gebiet sind gemacht
worden, wie es durch die gemeinsam besessenen
US-Patente Nr. 5 803 106 ;
5 868 153 und
6 053 424 offensichtlich wird. Diese
schließen
typischer Weise das Befestigen eines Ultraschalltransducers an einem
Ende eines Ultraschallhorns, während
das entgegengelegene Ende des Horns in den Kraftstoff in der Nähe der Austrittsöffnungen
der Einspritzdüse
eingetaucht ist und veranlasst wird, mit Ultraschallfrequenzen zu
vibrieren, ein. Modulare Kraftstoffeinspritzdüsen können jedoch aufgrund der Anordnung
der Kraftstoffpumpe, des Nockenstößels und der obenliegenden
Nockenwelle in axialer Ausrichtung mit der Nadel nicht mit solchen
Ultraschalltransducern ausgestattet wenden.
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Das
US-Patent Nr. 4 389 999
A beschreibt eine Kraftstoffeinspritzdüse, welche ein Sperrventil einschließt, das
Ultraschallvibrationen unterliegt. Die Einspritzdüse umfasst
eine Antriebsspule, um Ultraschalloszillationen zu induzieren, und
ein Ventil, das ein magnetostriktives Material umfasst. Gemäß der Lehre
der
US 4 389 999 A wird
die gesamte Welle aus einem magnetostriktiven Material gebildet
und sie wird in Kontakt mit dem Kraftstoff, der durch Einlassmittel
hineinkommt, angeordnet.
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Zusammenfassung
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Ziele
und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung
dargelegt oder werden aus der Beschreibung offensichtlich oder können durch
Verwendung der Erfindung erkannt werden.
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In
einer zur Zeit bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die standardmäßige modulare Einspritzdüse, die
durch obenliegende Nocken betätigt
wird, durch Ersetzen des stählernen
Ventilkörpers
durch einen Ventilkörper nachgerüstet, der
aus keramischen Material besteht, das gegenüber Magnetfeldern, die bei
Ultraschallfrequenzen oszillieren, transparent ist. Das keramische Material
ist bei den involvierten Drucken härter und von größerem Abnutzungswiderstand
als der Stahl.
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Das
Nachrüsten
des Ventilkörpers
schließt ebenso
das Ersetzen der Stahlnadel durch eine Nadel ein, die einen länglichen
Teil aufweist, der aus magnetostriktivem Material besteht, das in
der Lage ist, mechanisch auf Magnetfelder zu reagieren, die mit
Ultraschallfrequenzen oszillieren. Der Teil des keramischen Ventilkörpers, der
den magnetostriktiven Teil der nachgerüsteten Nadel umgibt, ist selbst durch
eine Drahtspule umgeben, die in der Lage ist, in dem Bereich, der
durch den magnetostriktiven Teil der Nadel besetzt wird, ein Magnetfeld
zu induzieren, das mit Ultraschallfrequenzen oszilliert und somit
den magnetostriktiven Teil dazu veranlasst, mit Ultraschallfrequenzen
zu vibrieren. Die Vibration verursacht, dass die Spitze der Nadel,
die in dem flüssigen Kraftstoff
nahe dem Eingang der Entladungskammer und den Kanälen, die
zu den Ausgangsöffnungen
der Einspritzdüse
führen,
angeordnet ist, mit Ultraschallfrequenzen vibriert und unterzieht
somit den Kraftstoff diesen Ultraschallvibrationen. Die Ultraschallstimulation
des Kraftstoffs, wenn er die Ausgangsöffnungen verlässt, erlaubt
es, dass die Einspritzdüse die
gewünschte
Leistungsfähigkeit
erreicht, während sie
bei niedrigeren Drucken und unter Verwendung von größeren Austrittsöffnungen
als bei den herkömmlichen
Lösungen,
die darauf zielen, die Geschwindigkeit des Kraftstoffs zu erhöhen, der
die Einspritzdüse
verlässt,
betrieben wird.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerung zu dem Erregen
des ultraschalloszillierenden Signals zur Verfügung gestellt. Die Steuerung
ist so ausgebildet, dass die Erregung des ultraschalloszillierenden
Signals, das an die Spule geliefert wird, lediglich auftritt, wenn
die obenliegenden Nocken die Einspritzdüse betätigen, so dass es Kraftstoff
ermöglicht
wird, durch die Einspritzdüse
und von den Ausgangsöffnungen
der Ein spritzdüse
aus in die Verbrennungskammer zu strömen. Somit arbeitet die Steuerung
so, dass die Ultraschallvibration des Kraftstoffs lediglich auftritt,
wenn Kraftstoff durch die Einspritzdüse und von den Ausgangsöffnungen
der Einspritzdüse
in die Verbrennungskammer strömt.
Diese Steuerung kann einen Sensor, wie einen Drucktransducer, einschließen, der
auf dem Nockenstößel angeordnet
ist, und schließt
einen piezoelektrischen Transducer ein, der die Druckänderung,
die die Betätigung
des Stößels durch
die Nocke anzeigt, detektiert.
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Außerdem können in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung Einspritzdüsen als originale Ausstattung
anstelle von Nachrüstsätzen hergestellt
werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen
modularen Kraftstoffeinspritzdüse,
die durch obenliegende Nocken betätigt wird.
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1B ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Teils des stählernen
Ventilkörpers
der herkömmlichen
modularen Einspritzdüse
von 1A.
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2 ist
eine schematische Darstellung einer perspektivischen Teilansicht
mit Teilen, die als Phantom gezeigt sind (gepunktete Linie), einer
zur Zeit bevorzugten Ausführungsform
der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
eine perspektivische Teilansicht einer zur Zeit bevorzugten Ausführungsform
des keramischen Ventilkörpers
der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wobei Teile ausgeschnitten
sind und Teile im Querschnitt gezeigt sind und Umgebungsstrukturen
als Phantom gezeigt sind (strichgepunktete Linie).
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4 ist
eine Querschnittsansicht des keramischen Ventilkörpers, der in 3 gezeigt
ist.
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5 ist
eine vergrößerte perspektivische Ansicht
eines Teils einer zur Zeit bevorzugten Ausführungsform des Ventilkörpers der
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wobei Teile ausgeschnitten sind
und Teile im Querschnitt gezeigt sind und Umgebungskomponenten schematisch
gezeigt sind.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Nunmehr
wird in Ausführlichkeit
Bezug auf die zur Zeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
genommen, von der eines oder mehrere Beispiele in den begleitenden
Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel wird zur Erläuterung
der Erfindung, nicht zur Beschränkung
der Erfindung, zur Verfügung
gestellt. In der Tat wird es den Fachleuten auf dem Gebiet der Technik
offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen
in der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne
den Bereich oder Geist der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel
können
Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht
oder beschrieben sind, in einer anderen Ausführungsform verwendet werden,
um eine noch weitere Ausführungsform
zu erhalten. Es ist somit beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung
derartige Modifikationen und Variationen, wie sie innerhalb des
Bereichs der angehängten
Ansprüche
und ihrer Äquivalente
liegen, abdeckt. Dieselben Bezugszeichen werden durchgängig denselben
Komponenten in den Zeichnungen und der Beschreibung zugewiesen.
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Wie
er hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck „Flüssigkeit" auf eine amorphe (nicht-kristalline)
Form von Materie zwischen Gasen und Festkörpern, in der die Moleküle höher konzentriert
sind als in Gasen, aber weniger konzentriert sind als in Festkörpern. Eine
Flüssigkeit
kann eine einzelne Komponente enthalten oder sie kann aus mehreren
Komponenten hergestellt sein. Die Komponenten können andere Flüssigkeiten,
Festkörper
und/oder Gase sein. Zum Beispiel ist eine Eigenschaft von Flüssigkeiten
ihre Fähigkeit,
infolge einer angelegten Kraft zu strömen. Flüssigkeiten, die sofort bei
Anlegen einer Kraft strömen,
und für
die die Strömungsrate
direkt proportional zu der angelegten Kraft ist, werden allgemein
als newtonische Flüssigkeiten
bezeichnet. Einige Flüssigkeiten
haben anomale Strömungsreaktionen,
wenn eine Kraft angelegt wird und zeigen nicht-newtonische Strömungseigenschaften.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, wie sie schematisch in 2,
nicht notwendigerweise in richtiger Skalierung, gezeigt ist, bildet ein
Verbrennungsmotor 30 mit modularen Kraftstoffeinspritzdüsen 31 (in 2 ist
lediglich eine gezeigt), die durch eine obenliegende Nockenwelle 27 betätigt werden,
den Antrieb einer beispielhaften Vorrichtung, von der ein ausgeschnittener
Teil im Allgemeinen gezeigt wird und durch das Bezugszeichen 32 bezeichnet
ist. Eine solche Vorrichtung 32 könnte beinahe jegliche Vorrichtung sein,
die einen Antrieb benötigt, und
sie würde,
ohne darauf eingeschränkt
zu sein, einen elektrischen Stromgenerator, ein Landfahrzeug, wie
eine Lokomotive zum Beispiel, ein Luftfahrzeug, wie ein Flugzeug,
oder ein Wasserfahrzeug, das durch einen Diesel angetrieben wird,
wie zum Beispiel ein hochseegängiges
Schiff, einschließen.
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Die
Ultraschallkraftstoff-Einspritzvorrichtung der vorliegenden Erfindung
wird allgemein in 2 durch das Bezugszeichen 31 angezeigt.
Die modulare Einspritzdüse 31 unterscheidet
sich von der herkömmlichen
modularen Einspritzdüse 10,
die oben beschrieben ist, primär
in dem Aufbau und der Zusammensetzung des Ventilkörpers 33 und
der Nadel 36 und in dem Zusatz eines Sensors, einer Steuerung
und einer Ultraschallenergiequelle, und es werden diese Unterschiede
unten beschrieben. Die verbleibenden Merkmale und der Betrieb der
Einspritzdüse 31 der
vorliegenden Erfindung sind dieselben wie für die herkömmliche modulare Einspritzdüse.
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Eine
zur Zeit bevorzugte Ausführungsform des
Ventilkörpers 33 der
Einspritzdüse 31 ist
in 3 in einer perspektivischen Ansicht, die teilweise
ausgeschnitten ist, und in 4 in einer
Querschnittsansicht gezeigt. Die äußeren Abmessungen des Ventilkörpers 33 entsprechen
denen des herkömmlichen Ventilkörpers 11 für die herkömmliche
Einspritzdüse 10 und
passen ebenso in die Einspritzdüsenbuchse 29.
In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist der Ventilkörper 33 aus keramischem
Material zusammengesetzt, das gegenüber Magnetfeldern transparent
ist, die sich mit Ultraschallfrequenzen ändern. Wie hierin verkörpert und
in den 3 und 4 zum Beispiel gezeigt, kann
der Ventilkörper 33 aus
keramischem Material zusammengesetzt sein, welches teilweise stabilisiertes
Zirkoniumoxid ist, welches bei Coors Ceramic Company of Golden, Colorado,
erhältlich
ist.
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Der
Ventilkörper 33 ist über den
Großteil
seiner Länge
seiner zentralen Längsachse
hohl und dahingehend konfiguriert, darin eine Einspritzdüsennadel 36 aufzunehmen.
Wie bei der herkömmlichen
Nadel bildet ein vorderer Teil der Einspritzdüsennadel 36 die konisch
geformte Spitze 13. Der hohle Teil des Ventilkörpers bildet
dasselbe Kraftstoffreservoir 16 wie in dem herkömmlichen
Ventilkörper 11.
Das Reservoir 16 ist dazu ausgebildet, eine Ansammlung von
unter Druck gesetztem Kraftstoff aufzunehmen und zu speichern zusätzlich dazu,
den Durchgang eines Teils der Einspritzdüsennadel 36 dadurch
aufzunehmen. Der hohle Bereich des Ventilkörpers 33 bildet weiterhin
dieselbe Entladungskammer 17 wie in dem herkömmlichen
Ventilkörper 11.
Die Kammer 17 ist mit dem Kraftstoffreservoir 16 verbunden
und ist dahingehend ausgebildet, unter Druck gesetzten flüssigen Kraftstoff
aufzu nehmen. Die Form des hohlen Teils ist im Allgemeinen zylindersymmetrisch,
um die externe Form der Nadel aufzunehmen, aber sie variiert gegenüber der
Form der Nadel an verschiedenen Teilen entlang der zentrale Achse
des Ventilkörpers,
um das Kraftstoffreservoir und die Entladungskammer 17 aufzunehmen.
Die verschieden geformten hohlen Teile, die entlang der zentralen
Achse des Ventilkörpers 33 angeordnet
sind, sind im Allgemeinen miteinander verbunden und Wechselwirken mit
der Nadel 36 auf dieselbe Weise, wie diese selben Merkmale
in dem herkömmlichen
Ventilkörper 11 der
herkömmlichen
Einspritzdüse 10 dieses
täten.
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Der
hohle Teil des Ventilkörpers 33 bildet ebenso
einen Ventilsitz 12, der als ein abgeschnittener konischer
Abschnitt ausgebildet ist, der an einem Ende mit der Öffnung der
Entladungskammer 17 verbunden ist und an dem entgegengesetzten
Ende in Verbindung mit dem Kraftstoffreservoir 16 ausgebildet
ist. Somit ist die Entladungskammer 17 mit dem Kraftstoffreservoir über den
Ventilsitz 12 auf dieselbe Weise verbunden, wie in dem
herkömmlichen
Ventilkörper 11.
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In
dem Ventilkörper 33 ist
wie in dem herkömmlichen
Ventilkörper 11 zumindest
eine und wünschenswerter
Weise mehr als eine Düsenaustrittsöffnung 21 durch
den unteren Teil des Ventilkörpers 34 der
Einspritzdüse 31 ausgebildet.
Jede Düsenaustrittsöffnung 21 ist
mit der Entladungskammer 17 über einen Ausgangskanal 13 verbunden,
der durch den unteren Teil des Ventilkörpers der Einspritzdüse gebildet
ist, und mit einer Eingangsöffnung 19,
die durch die innere Oberfläche
gebildet ist, die die Entladungskammer 17 bildet. Jeder
Kanal 18 und seine Öffnungen 19, 21 können einen
Durchmesser von weniger als etwa 0,1 Zoll (2,54 mm) aufweisen. Der Kanal 18 und
seine Öffnungen 19, 21 können zum Beispiel
einen Durchmesser von etwa 0,001 bis etwa 0,1 Zoll (0,00254 bis
2,54 mm) aufweisen. Als ein weiteres Beispiel können der Kanal 18 und
seine Öffnungen 19, 21 einen
Durchmesser von etwa 0,001 bis etwa 0,01 Zoll (0,0254 bis 0,254
mm) aufweisen. Die vorteilhaften Effekte der Ultraschallvibration
des Kraftstoffes, bevor der Kraftstoff die Ausgangsöffnung 21 der
Einspritzdüse 31 verlässt, sind
unabhängig
von der Größe, Form,
Position und Anzahl der Kanäle 18 und
der Öffnungen 19, 21 derselben
gefunden worden.
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Wie
es in 4 gezeigt ist, bildet der Ventilkörper 33 der
Einspritzdüse 31 ebenso
einen Kraftstoffdurchgang 115, der innerhalb des Ventilkörpers der
Einspritzdüse
ausgebildet und außerhalb
der Achse angeordnet ist. Der Kraftstoffdurchgang 115 ist
dazu ausgebildet, un ter Druck gesetzten flüssigen Kraftstoff an das Kraftstoffreservoir 16 zu
liefern, und er ist mit dem Kraftstoffreservoir 16 verbunden
und ist mit der Entladungskammer 17 verbunden.
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Wie
es in 3 gezeigt ist, ist ein Ende des Ventilkörpers 33 dazu
ausgebildet, mit dem Federgehäuse 28 (in 3 durch
gestrichelte Linien gezeigt) zusammenzupassen, welches die Feder 22 hält, welche
die Position der Nadel 36 wie in der herkömmlichen
Einspritzdüse 10 vorspannt.
Designüberlegungen
für den
Ventilkörper 33 schlossen
das Beibehalten einer adäquaten
Oberfläche
zum Abdichten und zum Minimieren von Spannungskonzentrationen und das
Verhindern des Leckens von Hochdruckkraftstoff zwischen zusammenpassenden
Teilen ein. Das Abdichten des Hochdruckkraftstoffes wird in dieser
besonderen Einspritzdüse
durch zusammenpassende Oberflächen
zwischen Teilen erreicht, die durch die Einspritzdüsenbuchse 920 zusammengeklemmt
werden. Die abdichtenden oder Kontaktoberflächen sollten derart dimensioniert
sein, dass der Kontaktdruck signifikant größer als der maximale Einspritzdruck, der
enthalten sein muss, ist. Der statische Druck innerhalb des Ventilkörpers 33 ist
ebenso der Abdichtdruck zwischen dem Ventilkörper 33 und dem passenden
Gehäuse 28.
Der Abdichtdruck schließt
einen Abdichtungssicherheitsfaktor von 1,62 für einen geschätzten maximalen
Einspritzdruck von 15.000 psi ein.
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Wie
es in den 2 bis 4 gezeigt
ist, bildet der Haubenteil 34 des Ventilkörpers 33 die äußere Auflagefläche, die
innerhalb der Einspritzdüsenbuchse 29 aufgenommen
wird, und ist der Teil des Ventilkörpers 33, der dazu
ausgebildet ist, die Kompressionskraft, die angelegt wird, um die
modulare Einspritzdüse 31 zusammenzuhalten,
aufzunehmen. Ein Ziel dieses Designs des Ventilkörpers 33 bestand darin,
Spannungskonzentrationen auf dem unteren Schulterbereich 35 des
Ventilkörpers 33 zu
minimieren, wenn zusammenpassende Oberflächen zwischen Teilen in dieser
Einspitzdüse 31 durch
die Einspritzdüsenbuchse 29 zusammengeklemmt
werden.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wurde die Kompressionslast von dem
Schulterbereich 35 des Haubenbereichs 34 mit Hilfe
einer ringförmigen
Metallmanschette 40 geleitet, welche zwischen dem Haubenbereich 34 des
Ventilkörpers 33 und
der inneren Fläche
der Einspritzdüsenbuchse 29 angeordnet
ist. Die ringförmige
Manschette ist dazu ausgebildet, einen Teil der kompressiven Last, die
auf den Ventilkörper 33 innerhalb
der Einspritzdüsenbuchse 29 angelegt
wird, aufzunehmen und zu absorbieren. Wünschenswerterweise ist die
ringförmige
Manschette aus einem Metall, wie Aluminium, zusammengesetzt, das
weicher als das keramische Material und weicher als das Material,
welches die Ein spritzdüsenbuchse 29 bildet,
ist. Auf diese Weise kompensiert die ringförmige Manschette 40 die
sprödere
Zusammensetzung des keramischen Ventilkörpers, der ansonsten in Bereichen,
wie dem Schulterbereich 35, der ansonsten einiges dieser
Kompressionskraft aufnehmen würde,
brechen würde.
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Ein
weiterer kritischer Ort, an dem ein Lecken des Hochdruckkraftstoffes
zu verhindern ist, ist der ringförmige
Bereich zwischen der äußeren Oberfläche der
Nadel 36 und der inneren Oberfläche 37, welche die
axiale Bohrung innerhalb des Ventilkörpers 33 bildet. Die
interne Bohrung 37 des Ventilkörpers 33 und die Nadel 36,
die darin angeordnet ist, werden wahlweise angepasst, um minimale
Lücken und
minimales Lecken beizubehalten. Ein Wert von 0,0002 Zoll ist eine
typische maximale Lücke
zwischen dem äußeren Durchmesser
der Nadel 36 und dem Durchmesser der Bohrung 37,
die direkt dem Reservoir 16 in der Düse 34 nachgeordnet
ist.
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Der
Aufbau und der Betrieb des Nadelventils in der Einspritzdüse 31 der
vorliegenden Erfindung sind dieselben wie in der herkömmlichen
Einspritzdüse 10,
welche oben beschrieben ist. Wie es in 4 gezeigt
ist, bildet zum Beispiel das zweite Ende der Einspritzdüsennadel 36 eine
Spitze, welche mit einer konischen Oberfläche 13 geformt ist,
die ausgebildet ist, mit einem Teil des konisch geformten Ventilsitzes 12,
der in dem hohlen Bereich des Ventilkörpers 33 der Einspritzdüse ausgebildet
ist, zusammenzupassen und damit abzudichten. Das entgegengelegene Ende
der Einspritzdüsennadel 36 ist
so verbunden, dass es in eine Position vorgespannt ist, die die
konische Oberfläche 13 der
Einspritzdüsennadel 36 in
einen dichtenden Kontakt mit der konischen Oberfläche des
Ventilsitzes 12 bringt, um zu verhindern, dass der Kraftstoff
aus dem Kraftstoffdurchgang 115 in das Kraftstoffreservoir 16,
in die Entladungskammer 17, durch die Ausgangskanäle 18,
aus den Düsenausgangsöffnungen 21 und
in die Verbrennungskammer 20 strömt. Wie es schematisch in 3 gezeigt
ist, stellt, wie in der herkömmlichen
Einspritzdüse 11,
eine Feder 22 ein Beispiel für ein Mittel der Vorspannung
der konischen Oberfläche 13 der
Einspritznadel 36 in einen abdichtenden Kontakt mit der konischen
Oberfläche 12 des
Ventilsitzes dar. Wenn somit die Einspritzdüsennadel 36 in ihrer
vorgespannten Ausrichtung angeordnet ist, kann kein Kraftstoff unter
der Kraft von Gravitation alleine von dem Kraftstoffdurchgang 115 aus
der Düsenausgangsöffnung 21 und
in die Verbrennungskammer 20, in der der untere Teil der
Kraftstoffeinspritzdüse 31 angeordnet
ist, strömen.
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Wie
es herkömmlich
ist und zum Beispiel schematisch in 2 gezeigt
ist, fungiert die Betätigung
der Nocke 25 dahingehend, die Vorspannungskraft der Feder 24 zu überwinden,
und sie zwingt das konische Ende der Einspritzdüsennadel und den konisch geformten
Ventilsitz voneinander fort, um die Strömung des Kraftstoffs in die
Entladungskammer und aus den Düsenausgangsöffnungen 21 der
Kraftstoffeinspritzdüse
in die Verbrennungskammer 20 des Motors 30 der
Vorrichtung 32 zu ermöglichen. Dieses
wird wie in den herkömmlichen
modularen Einspritzdüsen 10,
die oben beschrieben sind, erreicht, das heißt, durch Betätigung einer
Pumpe 23, die unter Druck gesetzten Kraftstoff dazu veranlasst, hydraulisch
die Nadel 36 gegen die Vorspannungskraft der Feder 22 zu
heben.
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Wie
er hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck „magnetostriktiv" auf die Eigenschaft einer
Probe aus ferromagnetischem Material, die in Änderungen der Abmessungen der
Probe in Abhängigkeit
von der Richtung und der Stärke
der Magnetisierung der Probe resultiert. Magnetostriktives Material,
das auf Magnetfelder reagiert, die sich mit Ultraschallfrequenzen ändern, bedeutet,
dass eine Probe eines solchen magnetostriktiven Materials seine
Abmessungen mit Ultraschallfrequenzen ändern kann.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung bildet die Einspritzdüsennadel
zumindest einen ersten Teil 38, der dazu ausgebildet ist,
in der zentralen axialen Bohrung 37 angeordnet zu sein, welche
innerhalb des Ventilkörpers 33 ausgebildet ist.
Wie es zum Beispiel in den 3 und 4 gezeigt
ist, ist der erste Teil 38 der Einspritzdüsennadel 36 durch
Punktierung angezeigt und ist aus magnetostriktivem Material gebildet,
das auf Magnetfelder reagiert, die sich mit Ultraschallfrequenzen ändern. Die
Länge des
ersten Teils 38, der aus magnetostriktiven Material gebildet
ist, kann etwa ein Drittel der Gesamtlänge der Nadel 36 betragen.
Es kann jedoch, wenn es gewünscht
ist, die gesamte Nadel 36 aus dem magnetostriktiven Material
gebildet sein. Ein geeignetes magnetostriktives Material wird durch eine
magnetostriktive ETREMA TERFENOL-D® Legierung
zur Verfügung
gestellt, welche an Stahl bondiert werden kann, um die Nadel der
Einspritzdüse auszubilden.
Die magnetostriktive ETREMA TERFENOL-D® Legierung
ist von ETREMA Products, Inc. of Ames, Iowa 50010, erhältlich.
Nickel und Permalloy sind zwei weitere geeignete magnetostriktive
Materialien.
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Bei
Anlegen eines Magnetfeldes, das entlang der Längsachse der Einspritzdüsennadel 36 ausgerichtet
ist, wächst
die Länge
dieses ersten Teils 38 der Einspritzdüsennadel 36 etwas
in der axialen Richtung an, oder sie nimmt ab. Nach Entfernen des zuvor
genannten Mag netfeldes wird die Länge dieses ersten Teils 38 der
Einspritzdüsennadel 36 auf ihre
unmagnetisierte Länge
zurückgebracht.
Außerdem
ist die Zeit, während
der die Expansion und Kontraktion auftritt, kurz genug, so dass
die Einspritzdüsennadel 36 sich
mit einer Rate ausdehnen und zusammenziehen kann, die innerhalb
von Ultraschallfrequenzen, namentlich 15 Kilohertz bis 500 Kilohertz,
fällt.
Die gesamte Länge
der Nadel 36 in dem nichtmagnetisierten Zustand der Nadel
ist dieselbe wie die Gesamtlänge
der herkömmlichen
Nadel 14.
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In
weiterer Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird die axiale Bohrung 37 des Ventilkörpers 33 der
Einspritzdüse
durch eine Wand gebildet, die aus einem Material zusammengesetzt ist,
das gegenüber
Magnetfeldern transparent ist, die sich mit Ultraschallfrequenzen ändern. Wie
hierin verkörpert
und in 3 und 4 zum Beispiel gezeigt, ist
diese Wand, die die axiale Bohrung 37 bildet, aus keramischem
Material, wie teilweise stabilisierten Zirkoniumoxid zusammengesetzt.
Das keramische teilweise stabilisierte Zirkoniumoxid hat hervorragende
Materialeigenschaften und erfüllt
die Erfordernisse für
ein elektrisch nichtleitfähiges
Material zwischen der Wicklung (unten beschrieben) und der Nadel 36.
Teilweise stabilisiertes Zirkoniumoxid weist eine relativ hohe Kompressionsfestigkeit
und Bruchfestigkeit verglichen mit sämtlichen anderen verfügbaren technischen
Keramiken auf.
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Die
innere Fläche 39 des
Hohlraums innerhalb des Ventilkörpers 33 ist
so angeordnet, dass sie mit dem ersten Teil 38 der Einspritzdüsennadel 36 zusammenfällt, die
innerhalb der axialen Bohrung 37 des Ventilkörpers 33 der
Einspritzdüse 31 angeordnet
ist. Wie es zum Beispiel in 4 gezeigt
ist, bildet der interne hohle Bereich 39 des Ventilkörpers 33 einen
zylindrischen Hohlraum, der dazu ausgebildet ist, darin zumindest
einen ersten Teil 38 der Einspritzdüsennadel 36 aufzunehmen.
Wie es zum Beispiel in 4 gezeigt ist, umfasste die
Länge der
inneren Fläche 39 des
Hohlraums einen Großteil
der axialen Bohrung 37 des Ventilkörpers 33 und besaß einen Durchmesser,
der zu 0,001 Zoll größer als
der Durchmesser der axialen Bohrung 37 dimensioniert worden
war, um ein Festsetzen der Nadel 36 aufgrund einer potenziellen
Nicht-Konzentrizität
der Anordnung zu verhindern.
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In
noch weiterer Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird ein Mittel zum Anlegen eines
Magnetfelds innerhalb des Hohlraums der axialen Bohrung des Einspritzdüsenkörpers zur
Verfügung
gestellt, das sich mit Ultraschallfrequenzen ändern kann. Das Magnetfeld
kann sich von An zu Aus oder von einer ersten Amplitude zu einer
zweiten Amplituden ändern,
oder es kann sich die Richtung des Magnetfeldes ändern. Dieses Mittel zum Anlegen
eines Magnetfelds, das sich mit Ultraschallfrequenzen ändert, wird
wünschenswer ter
Weise zumindest teilweise von dem Ventilkörper 33 der Einspritzdüse getragen.
Wie hierin verkörpert
und in 3 beispielsweise gezeigt, kann das Mittel zum
Anlegen eines Magnetfelds innerhalb des Hohlraums der axialen Bohrung 37,
das sich mit Ultraschallfrequenzen ändert, eine elektrische Stromquelle 46 und
eine Drahtspule 42, die um die äußerste Fläche 43 des Teils des
Ventilkörpers 33 gewickelt
ist, die den Teil des Hohlraums des Ventilkörpers umgibt, der den Teil 38 der
Nadel 36 empfängt,
der aus magnetostriktivem Material gebildet ist, einschließen.
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Die
elektrische Wicklung 42 wurde direkt um den Ventilkörper 33 gewickelt
und isoliert, um einen Kurzschluss der Wicklungen der Spule mit
der Einspritzdüsenbuchse 29 zu
verhindern. Wie es zum Beispiel in 3 und 4 gezeigt
ist, kann die Drahtspule 42 in einem Isoliermaterial eingebettet werden,
das allgemein durch gepunktete Schattierung dargestellt wird, das
durch das Bezugszeichen 48 bezeichnet ist. Wie zum Beispiel
in den 3 und 4 gezeigt, wird eine elektrische
Erdung eines Endes der Wicklung 42 durch Kontakte mit einer
Seite einer Kupferscheibe 49 erreicht. Die entgegengesetzte
Seite der Scheibe 49, die aus einem anderen leitfähigen Material
anstelle von Kupfer gebildet sein könnte, weist wünschenswerter
Weise Vertiefungen (nicht gezeigt) auf, die gegen die innere Fläche der Einspritzdüsenbuchse 29 drücken würden, wenn
der Ventilkörper 23 in
der metallischen Einspritzdüsenbuchse 29 eingesetzt
wird, und einen guten elektrischen Kontakt mit der Einspritzdüsenbuchse 29 gewährleisten.
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Ein
Kontaktring 44 ist elektrisch mit dem anderen Ende der
Wicklung 42 verbunden, welcher in einem Kanal 41 eingelassen
ist, der zwischen einer Schulter 35 und dem äußersten
Aufbau des Isoliermaterials 48, wie zum Beispiel in den 3, 4 und 5 gezeigt,
ausgebildet ist. Das elektrische Verbinden der Wicklung 42 mit
der Ultraschallenergiequelle 46 wurde mit Hilfe einer federgespannten elektrischen
Sonde 54 erreicht, die in elektrischem Kontakt mit dem
Kontaktring 44 gehalten wurde. Wie es in 4 (schematisch)
und 5 (vergrößert, Schnittperspektive)
zum Beispiel gezeigt ist, wird das hintere Ende der Sonde 54 durch
die Einspritzdüsenbuchse 29 eingeführt, und
es umgibt eine elektrisch isolierende Buchse 55 den Bereich
der Sonde 54, der sich durch die Einspritzdüsenbuchse 29 und
in den Kanal 41 in dem Ventilkörper 33 erstreckt.
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Wie
es schematisch zum Beispiel in den
2 und
5 gezeigt
ist, kann sodann die Sonde
54 an eine elektrische Leitung
45 angeschlossen werden,
die elektrisch an eine Stromquelle
46 angeschlossen ist,
welche durch eine Steuerung
47 so betrieben werden kann,
dass sie mit Ultraschallfrequenzen oszilliert. Aus einer Perspektive
fungiert die Kombination der Nadel
36, die aus magnetostriktivem
Material zusammengesetzt ist, und der Spule
42 als ein magnetostriktiver
Transducer, der die elektrische Energie, welche von der Spule
42 zur
Verfügung
gestellt wird, in die mechanische Energie des Expandierens und Kontrahierens
der Nadel
36 wandelt. Ein geeignetes Beispiel für eine Steuerung
47 für einen
solchen magnetostriktiven Transducer ist in dem gemeinsam besessenen
US-Patenten Nr. 5 900 690 und
5 892 315 offenbart. Man
beachte insbesondere
5 in den
Patenten Nr. 5 900 690 und
5 892 315 und den erläuternden
Text derselben.
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In
weiterer Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird eine Elektrifizierung der Spule 42 bei
Ultraschallfrequenzen durch die Steuerung 47 derart bestimmt,
dass sie lediglich auftritt, wenn die Einspritzdüsennadel 36 derart
positioniert ist, dass Kraftstoff von dem Speicherreservoir 16 in
die Entladungskammer 17 strömt. In anderen Worten gewährleistet
die Steuerung 47, dass die Ultraschallvibration des Kraftstoffs
lediglich auftritt, wenn die Einspritzdüse 31 geöffnet ist,
und sie Kraftstoff in die Brennkammer 20 einspritzt. Wie
es schematisch in 2 gezeigt ist, kann die Steuerung 47 ein
Signal von einem Drucksensor 51 empfangen, der auf dem
Nockenstößel 25 angeordnet
ist und detektiert, wenn die Nocke 27 den Stößel 25 greift.
Wenn die Nocke 27 den Stößel 25 herunterdrückt, wird
die Pumpe 23 betätigt und
pumpt Kraftstoff in den Ventilkörper 33,
wodurch der Druck in dem Kraftstoff innerhalb des Ventilkörpers 33 erhöht wird,
sodass das Nadelventil hydraulisch geöffnet wird und Kraftstoff veranlasst
wird, aus den Ausgangsöffnungen 21 der
Einspritzdüse 31 heraus
eingespritzt zu werden. Der Drucksensor 51 kann einen Drucktransducer,
wie einen piezoelektrischen Transducer, einschließen, der
ein elektrisches Signal erzeugt, wenn er einem Druck unterliegt.
Dem gemäß sendet
der Drucksensor 51 ein elektrisches Signal an die Steuerung 47,
welche einen Verstärker zum
Verstärken
des elektrischen Signals einschließen kann, das von dem Sensor 51 empfangen
wird. Die Steuerung 47 ist dazu ausgebildet, sodann dieses
verstärkte
elektrische Signal zur Verfügung
zu stellen, um die oszillierende Energiequelle 46, welche
die Spule 42 über
die Leitung 45 versorgt und das gewünschte oszillierende Magnetfeld
in dem magnetostriktiven Teil 38 der Nadel 36 induziert,
zu aktivieren.
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Die
Steuerung 47 bestimmt ebenso die Amplitude und die Frequenz
der Ultraschallvibrationen durch ihre Steuerung der Energiequelle 46.
Andere Formen der Steuerung können
ver wendet werden, um die Synchronisation der Anwendung von Ultraschallvibrationen
und der Einspritzung von Kraftstoff durch die Einspritzdüse zu erreichen,
wie es gewünscht
ist.
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Während der
Einspritzung von Kraftstoff wird das konisch geformte Ende 13 der
Einspritzdüsennadel 36 derart
angeordnet, dass es in die Entladungskammer 17 hineinragt.
Die Ausdehnung und Zusammenziehung der Länge der Einspritzdüsennadel 36, welche
durch die Verlängerung
und Zusammenziehung des magnetostriktiven Teils 38 der
Einspritzdüsennadel 36 verursacht
wird, wird angenommener Weise verursachen, dass sich das konischförmige Ende 13 der
Einspritzdüsennadel 36 jeweils
einen kleinen Weg in die Entladungskammer 17 hinein und hinaus
bewegt, wie es eine Art eines Kolbens täte. Diese reziproke Hinein-
und Hinausbewegung wird angenommener Weise eine entsprechende Störung des
flüssigen
Kraftstoffs innerhalb der Entladungskammer 17 mit derselben
Ultraschallfrequenz wie die Änderungen
in dem Magnetfeld in dem magnetostriktiven Teil der Einspritznadel 36 verursachen.
Die Ultraschallstörung
des Kraftstoffs, der die Einspritzdüse 31 durch die Düsenausgangsöffnungen 21 verlässt, resultiert
in einer verbesserten Verdüsung
des Kraftstoffs, der in die Verbrennungskammer 20 eingespritzt
wird. Eine derart verbesserte Verdüsung resultiert in einer effizienteren
Verbrennung, welche die Leistung erhöht und die Verschmutzung aus
dem Verbrennungsprozess reduziert. Die Ultraschallvibration des
Kraftstoffs, bevor der Kraftstoff die Öffnungen der Einspritzdüse verlässt, erzeugen
einen Rauch, der ein gleichförmiger,
kegelförmiger
Strahl von flüssigem
Kraftstoff in die Brennstoffkammer 20 hinein darstellt,
welche von der Einspritzdüse 31 bedient
wird.
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Die
aktuelle Distanz zwischen der Spitze 13 der Nadel 36 und
der Eingangsöffnung 19 oder
der Ausgangsöffnung 21,
wenn das Nadelventil in Abwesenheit von oszillierenden Magnetfeldes
geöffnet
ist, wurde nicht gegenüber
derjenigen geändert,
die sich in einem herkömmlichen
Ventilkörper
ergab. Im allgemeinen kann die minimale Distanz zwischen der Spitze 13 der
Nadel 36 und der Eingangsöffnung 19 der Kanäle 13, 18,
die zu den Ausgangsöffnungen 21 der Einspritzdüse 31 führen, in
einer gegebenen Situation leicht von denjenigen, die in dem Stand
der Technik Gelehrte sind, ohne eine ungebührliche Experimentierung bestimmt
werden. In der Praxis wird eine solche Distanz sich in dem Bereich
von etwa 0,002 Zoll (etwa 0,05 mm) bis etwa 1,3 Zoll (etwa 33 mm) bewegen,
auch wenn größere Distanzen
verwendet werden können.
Eine solche Distanz bestimmt den Grad, in dem Ultraschallenergie
auf die unter Druck gesetzte Flüssigkeit
angewendet wird, welcher davon verschieden ist, wenn die Flüssigkeit
dabei ist, in die Austrittsöffnung
zu gelangen. In anderen Wor ten ist, je größer die Distanz ist, desto
größer die
Menge an unter Druck gesetzter Flüssigkeit, welche der Ultraschallenergie
unterliegt. Konsequenterweise werden im Allgemeinen kürzere Distanzen
gewünscht, um
die Verschlechterung der unter Druck gesetzten Flüssigkeit
und andere ungünstige
Effekte, die daraus resultieren, dass die Flüssigkeit der Ultraschallenergie
ausgesetzt wird, zu minimieren.
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Direkt
bevor der flüssige
Kraftstoff in die Eingangsöffnung 19 gerät, überträgt die vibrierende Spitze 13,
die den flüssigen
Kraftstoff kontaktiert, Ultraschallenergie auf den Kraftstoff. Es
scheint, dass die Vibrationen die auftretende Viskosität und Strömungseigenschaften
der flüssigen
hoch viskosen Kraftstoffe ändern.
Die Vibrationen scheinen ebenso die Strömungsrate zu verbessern und/oder
die Verdüsung
des Kraftstoffstroms, wenn er in die Verbrennungskammer 20 gerät, zu verbessern.
Eine Anwendung von Ultraschallenergie scheint die Größe von Tropfen
des flüssigen
Kraftstoffs zu verbessern (zum Beispiel zu verringern) und die Verteilung
von Tropfengröße des Dampfes
von flüssigem
Kraftstoff zu verringern. Außerdem
scheint die Anwendung von Ultraschallenergie die Geschwindigkeit
von Tropfen des flüssigen
Kraftstoffs, der die Öffnung 21 der
Einspritzdüse
in die Verbrennungskammer 20 hinein verlässt, zu
erhöhen.
Die Vibrationen verursachen ebenso eine Zerstörung und Abspülung von
verstopfenden Verschmutzungen an der Ausgangsöffnung 21 der Einspritzdüse. Die
Vibrationen können
ebenso eine Emulgierung des flüssigen
Kraftstoffs mit anderen Komponenten (zum Beispiel flüssigen Komponenten)
oder Zusatzstoffen, die in dem Kraftstoffstrom vorhanden sein können, verursachen.
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Die
Einspritzdüse 31 der
vorliegenden Erfindung kann dazu verwendet werden, flüssige Multikomponenten-Kraftstoffe
sowie flüssige
Kraftstoffzusätze
und Verschmutzungen an dem Punkt zu emulgieren, an dem die flüssigen Kraftstoffe
in den Verbrennungsmotor 30 eingeführt werden. Zum Beispiel kann
Wasser, das in bestimmten Kraftstoffen enthalten ist, durch Ultraschallvibration
emulgiert werden, so dass eine Kraftstoff/Wasser-Mischung in der
Verbrennungskammer verwendet werden kann. Gemischte Kraftstoffe
und/oder Kraftstoffmischungen, die Komponenten wie zum Beispiel
Methanol, Wasser, Ethanol, Diesel, flüssiges Propangas, Biodiesel oder Ähnliches
einschließen,
können
ebenso emulgiert werden. Die vorliegende Erfindung kann Vorteile für Mehrfach-Kraftstoffmotoren
besitzen, in denen sie so verwendet werden kann, dass sie die Strömungsrateneigenschaften
(zum Beispiel die auftretenden Viskositäten) der unterschiedlichen
Kraftstoffe, die in dem Mehrfach-Kraftstoffmotor
verwendet werden können,
kompatibel werden lassen. Alternativ und/oder zusätzlich kann
es wünschenswert
sein, Wasser zu einem oder mehreren der flüssigen Kraftstoffe hinzuzufügen und
die Komponenten direkt vor der Verbrennung als eine Art des Steuerns
der Verbrennung und/oder der Verringerung der Abgasemissionen zu
emulgieren. Es mag ebenso wünschenswert
sein, ein Gas (zum Beispiel Luft, N2O usw.)
einem oder mehreren der flüssigen
Kraftstoffe hinzuzufügen,
und per Ultraschall die Komponenten direkt vor der Verbrennung als
ein Weg des Steuerns der Verbrennung und/oder des Verringerns der
Abgasemission zu mischen oder emulgieren.
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Ein
Vorteil der Einspritzdüse 31 der
vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie selbstreinigend ist.
Aufgrund der Ultraschallvibration des Kraftstoffes, bevor der Kraftstoff
die Öffnungen 21 der
Einspritzdüse
verlässt,
entfernen die Vibrationen jegliche Partikel, die andernfalls den
Kanal 18 und seine Eingangs- und Ausgangsöffnungen 19, 21 verstopfen
würden.
Das heißt,
dass die Kombination von angelegtem Druck und angelegten Kräften durch
die ultraschallartig angeregte Nadel 36 inmitten des unter Druck
gesetzten Kraftstoffes, direkt bevor der Kraftstoff die Düse 34 verlässt, Hindernisse
entfernen kann, die andernfalls möglicherweise die Ausgangsöffnung 21 blockieren
würden.
Gemäß der Erfindung sind
somit der Kanal 18 und seine Eingangsöffnung 19 und Ausgangsöffnung 21 dazu
geeignet, selbstreinigend zu sein, wenn die Nadel 36 der
Einspritzdüse durch
Ultraschallenergie angeregt wird (ohne Ultraschallenergie direkt
auf den Kanal 18 und seine Öffnungen 19, 21 anzuwenden),
während
die Ausgangsöffnung 21 unter
Druck gesetzte Flüssigkeit von
der Entladungskammer 17 empfängt und die Flüssigkeit
zu der Einspritzdüse 31 hinausleitet.
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Während die
Darstellung in Ausführlichkeit
in bezug auf spezielle Ausführungen
derselben beschrieben worden ist, wird es erkannt werden, dass die
Fachleute auf dem Gebiet der Technik nach dem Verstehen des vorhergehenden
leicht Änderungen und
Variationen dieser Ausführungsformen
vornehmen können.
Dem gemäß sollte
der Bereich der vorliegenden Erfindung als derjenige der angehängten Ansprüche beurteilt
werden.